Linux系统编程-进程（一）：进程概述【进程、程序】【并行、并发】【进程控制块PCB】【内存泄露检测：valgrind】【GDB调试】

我就是我 2023-09-27 11:07 75阅读 0赞

## 一、进程和程序 ##

我们平时写的 C 语言代码，通过编译器编译，最终它会成为一个可执行程序，当这个可执行程序运行起来后（没有结束之前），它就成为了一个进程。

程序是存放在存储介质上的一个可执行文件，而进程是程序执行的过程。进程的状态是变化的，其包括进程的创建、调度和消亡。程序是静态的，进程是动态的。

示例：

![5f5de127523249c5a4b8de125990bff7.png][]

程序就类似于剧本(纸)，进程类似于戏(舞台、演员、灯光、道具...)，同一个剧本可以在多个舞台同时上演。同样，同一个程序也可以加载为不同的进程(彼此之间互不影响)。

在 Linux 系统中，操作系统是通过进程去完成一个一个的任务，**进程是管理事务的基本单元。**

进程拥有自己独立的**处理环境**（如：当前需要用到哪些环境变量，程序运行的目录在哪，当前是哪个用户在运行此程序等）和**系统资源**（如：处理器 CPU 占用率、存储器、I/O设备、数据、程序）。

我们可以这么理解，公司相当于操作系统，部门相当于进程，公司通过部门来管理（系统通过进程管理），对于各个部门，每个部门有各自的资源，如人员、电脑设备、打印机等。

##  ##

## 二、相关知识点 ##

### 1、单道、多道程序设计 ###

#### 1.1 单道程序设计 ####

所有进程一个一个排队执行。若A阻塞，B只能等待，即使CPU处于空闲状态。而在人机交互时阻塞的出现是必然的。所有这种模型在系统资源利用上及其不合理，在计算机发展历史上存在不久，大部分便被淘汰了。

#### 1.2 多道程序设计 ####

在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行。多道程序设计必须有硬件基础作为保证。

在计算机中**时钟中断**即为多道程序设计模型的理论基础。并发时，任意进程在执行期间都不希望放弃cpu。因此系统需要一种强制让进程让出cpu资源的手段。时钟中断有硬件基础作为保障，对进程而言不可抗拒。 操作系统中的中断处理函数，来负责调度程序执行。

在多道程序设计模型中，多个进程轮流使用CPU (分时复用CPU资源)。而当下常见CPU为纳秒级，1秒可以执行大约10亿条指令。由于人眼的反应速度是毫秒级，所以看似同时在运行。

> 1s = 1000ms
> 
> 1ms = 1000us
> 
> 1us = 1000ns
> 
> 1s = 1000000000ns

### 2、并行和并发(理解) ###

**并行(parallel)：**指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。

![8b5417eaff4a4388afa6856e5d9687e8.png][]

**并发(concurrency)：**指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行。

![96b736dc14a047818d30f533a2f6b100.png][]

举例说明：

*  并行是两个队列**同时**使用两台咖啡机
 *  并发是两个队列**交替**使用一台咖啡机

### ![dd46f1ceaeb845cf92834accf8c31669.png][] ###

### 3、MMU ###

MMU是Memory Management Unit的缩写，中文名是[内存管理][Link 1]单元，它是[中央处理器][Link 2]（CPU）中用来管理[虚拟存储器][Link 3]、物理存储器的控制线路，同时也负责[虚拟地址][Link 4]映射为[物理地址][Link 5]，以及提供硬件机制的内存访问授权，多用户多进程操作系统。

![8285f78356834e158e6c75af2aa17ea5.png][]

### 4、进程控制块PCB ###

进程运行时，内核为进程每个进程分配一个PCB（进程控制块），维护进程相关的信息，Linux内核的进程控制块是task\_struct结构体。

在 /usr/src/linux-headers-xxx/include/linux/sched.h 文件中可以查看struct task\_struct 结构体定义：

> deng@itcast:~/share$ vim /usr/src/linux-headers-4.10.0-28/include/linux/sched.h

![96653c0654cd4f2897fe4a0e5ef6b304.png][]

其内部成员有很多，我们掌握以下部分即可：

*  进程id。系统中每个进程有唯一的id，在C语言中用pid\_t类型表示，其实就是一个非负整数。
 *  进程的状态，有就绪、运行、挂起、停止等状态。
 *  进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
 *  描述虚拟地址空间的信息。
 *  描述控制终端的信息。
 *  当前工作目录（Current Working Directory）。
 *  umask掩码。
 *  文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针。
 *  和信号相关的信息。
 *  用户id和组id。
 *  会话（Session）和进程组。
 *  进程可以使用的资源上限（Resource Limit）。

##  ##

### 三、GDB调试多进程 ###

使用gdb调试的时候，gdb只能跟踪一个进程。可以在fork函数调用之前，通过指令设置gdb调试工具跟踪父进程或者是跟踪子进程。默认跟踪父进程。

*  set follow-fork-mode child 设置gdb在fork之后跟踪子进程。
 *  set follow-fork-mode parent 设置跟踪父进程（默认）。

注意，一定要在fork函数调用之前设置才有效。

### 四、内存泄露检测：valgrind ###

![678e005350e04b60a60de92b8f15cd55.png][]

**第一步**：生成Makefile和检测当前环境

> deng@itcast:~/tools/valgrind-3.13.0 sudo ./configure

**第二步:** 编译源码 生成可执行文件

> deng@itcast:~/tools/valgrind-3.13.0$ sudo make -j4

**第三步：** 安装

> deng@itcast:~/tools/valgrind-3.13.0$ sudo make install

**第四步：**测试

> deng@itcast:~/tools/valgrind-3.13.0$ valgrind valgrind: no program specified valgrind: Use --help for more information.

[Linux系统编程03--进程\_闲鱼蜡蕉的摸鱼时光的博客-CSDN博客三、进程文章目录三、进程虚拟内存空间进程环境1.环境变量getenv()/setenv()：获取、设置环境变量值进程状态进程资源限制函数进程原语fork()进程相关函数getpid()getuid()getgid()exec()族wait()/waitpid()僵尸进程wait()：waitpid()孤儿进程我们知道，每个进程在内核中都有一个进程控制块（PCB）来维护进程相关的信息，Linux内核的进程控制块是task\_struct结构体。现在我们全面了解一下其中都有哪些信息。进程id。系统中每个进![favicon32.ico][]https://blog.csdn.net/xianyulajiao/article/details/123114726][Linux_03--_-CSDN_1._getenv_setenv_fork_getpid_getuid_getgid_exec_wait_waitpid_wait_waitpid_PCB_Linux_task_struct_id_favicon32.ico_https_blog.csdn.net_xianyulajiao_article_details_123114726]

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[Link 3]: https://baike.baidu.com/item/%E8%99%9A%E6%8B%9F%E5%AD%98%E5%82%A8%E5%99%A8
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[Link 5]: https://baike.baidu.com/item/%E7%89%A9%E7%90%86%E5%9C%B0%E5%9D%80
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