操作系统最核心的工作之一就是：

管理。

那么问题来了：

操作系统到底是怎么管理一个运行中的程序的？

Linux 中最核心的概念之一：

进程

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一、什么是进程？

课本中通常把进程描述为：

程序的一次执行实例。

但仅仅这样理解还不够。

从 Linux 内核的角度来看：

进程是承担系统资源分配的实体。

也就是说，进程不仅仅是磁盘上的一份代码。

进程
=
task_struct
+
程序代码
+
程序数据

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二、程序和进程有什么区别？

比如磁盘上有：

a.out

它是一份程序。

当我们执行：

./a.out

这份程序被加载起来并开始运行之后，才产生一个真正的：

进程。

所以可以简单理解成：

程序：
静态的代码和数据

进程：
程序运行起来之后的实例

同一个程序可以被运行很多次。

那么：

同一个程序
↓
不同的进程
↓
各自拥有自己的运行状态

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三、什么是 PCB？

操作系统要管理一个进程，就必须先描述这个进程。

于是就需要一个专门的数据结构：

PCB——Process Control Block，进程控制块。

Linux 中对应的就是：

task_struct

Linux 会用 task_struct 描述进程，而且这个结构体会被加载到内存中。

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四、task_struct 里有什么？

task_struct 中保存着很多进程相关的信息。

比如：

进程标识符
进程状态
进程优先级
程序计数器
内存相关信息
上下文数据
I/O信息
记账信息

这其实很好理解。

如果操作系统要管理一个进程，就必须知道：

它是谁？
现在是什么状态？
优先级是多少？
执行到哪里了？
用了哪些资源？

这些信息就保存在 PCB 中。

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五、进程是怎么被组织起来的？

只有一个 task_struct 还不够。

一个操作系统里面可能同时运行：

几百个进程
几千个进程
甚至更多

所以操作系统还必须把这些进程组织起来。

Linux 中，运行的进程会以：

task_struct 双链表

的形式组织在内核中。

描述对象：
task_struct

组织对象：
数据结构

管理对象：
操作系统

这就是操作系统“管理”思想的具体体现。

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六、如何查看进程？

Linux 给我们提供了非常方便的工具。

例如：

ps

或者：

top

也可以直接查看：

/proc

进程信息可以通过 /proc 文件系统查看，大多数进程信息也可以通过 top、ps 等工具获得。

例如：

/proc/1

就可以查看 PID 为 1 的进程相关信息。

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七、什么是 PID？

每个进程都有自己的编号：

PID——Process ID

我们可以通过：

getpid();

获取当前进程的 PID。

还可以通过：

getppid();

获得当前进程的父进程 PID。

例如：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    printf("pid: %d\n", getpid());
    printf("ppid: %d\n", getppid());

    return 0;
}

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八、父进程和子进程

Linux 中非常有意思的一个概念就是：

一个进程可以创建另一个进程。

最经典的系统调用：

fork();

就是用来创建进程的。

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九、fork 是什么？

最简单的例子：

int ret = fork();

调用 fork() 之后，会出现两个进程：

原来的进程
   ↓
父进程

fork()
   ↓
子进程

fork 有两个返回值。

而且：

父子进程共享代码
数据各自拥有自己的空间
采用写时拷贝机制

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十、fork 为什么有两个返回值？

这是刚开始学习 fork 时最容易疑惑的地方。

代码：

int ret = fork();

之后：

在子进程中

ret == 0

在父进程中

ret > 0

这个返回值实际上代表：

子进程的 PID。

因此我们通常写成：

if(ret < 0)
{
    // fork失败
}
else if(ret == 0)
{
    // 子进程
}
else
{
    // 父进程
}

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十一、一个很重要的认识

调用：

fork();

之后，并不是原来的程序突然“复制了一份文件”。

真正发生的是：

原进程
   ↓
产生子进程
   ↓
父子进程都从 fork 之后继续执行

所以：

printf("hello");

放在 fork() 后面，就可能执行两次。

因为：

父进程执行一次
+
子进程执行一次

这也是第一次学习进程时非常容易产生“为什么打印了两遍”的地方。

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十二、fork 的核心思想

现在可以把 fork 总结成：

fork()
 ↓
创建子进程
 ↓
父子进程继续执行
 ↓
父子代码相同
 ↓
数据彼此独立
 ↓
后续可以分别执行不同逻辑

这也是 Linux 多进程编程的基础。

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十三、今天的学习总结

今天我终于开始真正理解：

进程不是一个简单的“正在运行的程序”。

它背后实际上有一整套管理信息：

进程
 ↓
task_struct
 ↓
PID
状态
优先级
内存信息
寄存器上下文
I/O信息
...

而 Linux 通过这些信息统一管理整个系统中的进程。

与此同时：

getpid()
getppid()
fork()

也让我第一次真正接触到了：

一个程序如何与操作系统发生联系。