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Linux进程是什么

进程是 Linux 操作系统中最重要的基本概念之一,这一节我们将了解学习 Linux 进程的一些基础知识。

进程是运行在 Linux 中的程序的一个实例。这是一个你之前就可能已经听说过的基本定义。

当你在 Linux 系统中执行一个程序时,系统会为这个程序创建特定的环境。这个环境包含系统运行这个程序所需的任何东西。

每当你在 Linux 中执行一个命令,它都会创建,或启动一个新的进程。比如,当你尝试运行命令“ls -l”来列出目录的内容时,你就启动了一个进程。如果有两个终端窗口显示在屏幕上,那么你可能运行了两次同样的终端程序,这时会有两个终端进程。

每个终端窗门可能都运行了一个 Shell,每个运行的 Shell 都分别是一个进程。当你从 Shell 调用一个命令时,对应的程序就会在一个新进程中执行,当这个程序的进程执行完成后,Shell 的进程将恢复运行。

操作系统通过被称为 PID 或进程 ID 的数字编码来追踪进程。系统中的每一个进程都有一个唯一的 PID。

现在我们通过一个实例来了解 Linux 中的进程。我们在 Shell 命令行下执行如下命令:
[c.biancheng.net]$ sleep 10 &
[1] 3324
因为程序会等待 10 秒,所以我们快速地在当前 Shell 上查找任何进程名为 sleep 的进程:
[c.biancheng.net]$ ps -ef | grep sleep
mozhiyan  3324  5712  cons1  17:11:46  /usr/bin/sleep
我们看到进程名为 /usr/bin/sleep 的进程正运行在系统中(其 PID 与我们在上一命令中得到的 PID 相同)。

现在,我们尝试并行地从 3 个不同的终端窗口运行上述的 sleep 命令,上述命令的输出将类似如下所示:
[c.biancheng.net]$ ps -ef | grep sleep
mozhiyan  896   5712  cons1  17:16:51  /usr/bin/sleep
mozhiyan  5924  5712  cons1  17:16:52  /usr/bin/sleep
mozhiyan  2424  5712  cons1  17:16:50  /usr/bin/sleep
我们看到 sleep 程序的每一个实例都创建了一个单独的进程。

每个 Linux 进程还有另一个 ID 号码,即父进程的 ID(ppid)。系统中的每一个用户进程都有一个父进程。

命令“ps -f”就会列出进程的 PID 和 PPID。此命令的输出类似如下所示:
[c.biancheng.net]$ ps -f
   UID     PID   PPID    TTY       STIME      COMMAND
mozhiyan  4124   228    cons0    21:37:09   /usr/bin/ps
mozhiyan   228   1      cons0    21:32:23   /usr/bin/bash
你在 Shell 命令行提示符下运行的命令都把当前 Shell 的进程作为父进程。例如,你在 Shell 命令行提示符下输入 ls 命令,Shell 将执行 ls 命令,此时 Linux 内核会复制 Shell 的内存页,然后执行 ls 命令。

在 Unix 中,每一个进程是使用 fork 和 exec 方法创建的。然而,这种方法会导致系统资源的损耗。

在 Linux 中,fork 方法是使用写时拷贝内存页实现的,所以它导致的仅是时间和复制父进程的内存页表所需的内存的损失,并且会为子进程创建一个唯一的任务结构。

写时拷贝模式在创建新进程时避免了创建不必要的结构拷贝。例如,用户在 Shell 命令行提示符下输出 ls 命令,Linux 内核将会创建一个 Shell 的子进程,即 Shell 的进程是父进程,而 ls 命令的进程是子进程,ls 命令的进程会指向与此 Shell 相同的内存页,然后子进程使用写时拷贝技术执行 ls 命令。

前台进程和后台进程

当你启动一个进程时(运行一个命令),可以如下两种方式运行该进程:
  • 前台进程
  • 后台进程

默认情况下,你启动的每一个进程都是运行在前台的。它从键盘获取输入并发送它的输出到屏幕。

当一个进程运行在前台时,我们不能在同一命令行提示符下运行任何其他命令(启动任何其他进程),因为在程序结束它的进程之前命令行提示符不可用。

启动一个后台进程最简羊的方法是添加一个控制操作符“&”到命令的结尾。例如,如下命令将启动一个后台进程:
[c.biancheng.net]$ sleep 10 &
[1] 5720
现在 sleep 命令被放在后台运行。当 Bash 在后台启动一个作业时,它会打印一行内容显示作业编号([1])和进程号(PID-5720)。当作业完成时,作业会发送类似如下的信息到终端程序,来显示此作业已完成,其内容类似如下所示:

[1]+ Done    sleep 10

将进程放在后台运行的好处是:你可以继续运行其他命令,而不需要等待此进程运行完成再运行其他命令。

进程的状态

每个 Linux 进程都有它自己的生命周期,比如,创建、执行、结束和清除。每个进程也都有各自的状态,显示进程中当前正发生什么。

进程可以有如下几种状态:
  • D(不可中断休眠状态)——进程正在休眠并且不能恢复,直到一个事件发生为止。
  • R(运行状态)——进程正在运行。
  • S(休眠状态)——进程没有在运行,而在等待一个事件或是信号。
  • T(停止状态)——进程被信号停止,比如,信号 SIGINT 或 SIGSTOP。
  • Z(僵死状态)——标记为 <defunct> 的进程是僵死的进程,它们之所以残留是因为它们的父进程适当地销毁它们。如果父进程退出,这些进程将被 init 进程销毁。

若要查看指定进程的状态,可以使用如下命令:

ps -C processName -o pid=,cmd,stat

例如:
[c.biancheng.net]$ ps -C sleep -o pid=,cmd,stat
      CMD       STAT
9434 sleep 20    S

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