Linux系统编程之进程概述

进程概述

进程是一个可执行程序的实例；说个直白的例子，当你编译你的c源码后产生的如a.out的可执行文件（一般都是ELF格式的）那个就是你的程序，当你在终端中输入./a.out时，系统就会执行你的程序，而这个执行的过程就是进程，你也可以打开很多终端执行一样的程序，你的程序在磁盘中，而你创建的进程在内存中有很多...

• 程序：就是磁盘上的可执行文件文件，并且只占用磁盘上的空间，是一个静态的概念。
• 进程：被执行之后的程序叫做进程，不占用磁盘空间，需要消耗系统的内存，CPU资源，每个运行的进程的都对应一个属于自己的虚拟地址空间，这是一个动态的概念

从内核的角度来看，进程是由用户内存空间和一系列内核数据结构组成（PCB），其中用户内存空间包含了程序代码及代码所使用的变量，而内核数据结构则用于维护进程状态信息。

刚才我们了解到了，进程在内存中有用户空间和用于维护进程状态信息的一些数据结构，我们接下来探索探索这个数据结构

PCB(Processing Control Block 进程控制块)

我通过查阅资料了解到，在Linux系统里面，进程和线程到了内核，统一叫做任务（Task）,每个 task 都有一个数据接口task_struct，用来保存task 状态。linux 内核中有一个包含所有 task 的链表，把所有的 task_struct 连起来,这个就是任务列表吧；
Linux 内核的进程控制块本质上是一个叫做 task_struct 的结构体。在这个结构体中记录了进程运行相关的一些信息，下面介绍一些常用的信息：
进程 id：每一个进程都一个唯一的进程 ID，类型为 pid_t, 本质是一个整形数

• 进程的状态：进程有不同的状态，状态是一直在变化的，有就绪、运行、挂起、停止等状态。
• 进程对应的虚拟地址空间的信息。
• 描述控制终端的信息，进程在哪个终端启动默认就和哪个终端绑定。
• 当前工作目录：默认情况下，启动进程的目录就是当前的工作目录
• umask 掩码：在创建新文件的时候，通过这个掩码屏蔽某些用于对文件的操作权限。
• 文件描述符表：每个被分配的文件描述符都对应一个已经打开的磁盘文件
• 和信号相关的信息：在 Linux 中 调用函数 , 键盘快捷键 , 执行shell命令等操作都会产生信号。
• 阻塞信号集：记录当前进程中阻塞哪些已产生的信号，使其不能被处理
• 未决信号集：记录在当前进程中产生的哪些信号还没有被处理掉。
• 用户 id 和组 id：当前进程属于哪个用户，属于哪个用户组
• 会话（Session）和进程组：多个进程的集合叫进程组，多个进程组的集合叫会话。
• 进程可以使用的资源上限：可以使用 shell 命令 ulimit -a 查看详细信息。

进程内存分布（用户空间）

每个进程所分配的内存由很多部分组成，通常成为"段(segment)"，对！就是你总遇见的Segmentation fault段错误就是这个地方的段，就是你非法访问内存之类的问题造成的..言简意赅的说，就是将内存分成各个段落，进行存储数据（程序中声明的变量啊，函数啊，函数中的局部变量啊之类的巴拉巴拉）接下来让我们了解一下各个段因该存储什么类型的数据

• 文本段（Text）：
  也称为代码段。进程启动时会将程序的代码加载到物理内存中，文本段映射到这片物理内存。

• 数据段（Data）：
  包含程序显式初始化的全局变量和静态变量，即已初始化且初值不为0的全局变量(也包括静态全局变量)和静态局部变量，这些数据是在程序真正运行前就已经确定的数据，所以可以提前加载到内存保存好。

• 未初始化数据（BSS）：
  未初始化的全局变量和静态变量，这些变量的值是在程序真正运行起来并为其赋值后才能确定的，所以程序加载之初，只需要记录它的内存地址和所需大小。出于历史原因，这段空间也称为 BSS 段。

• 栈（Stack）：
  位于用户空间的顶部，是一个可以动态增长和收缩的内存段落，由栈帧（Stack Frames）组成，进程每调用一次函数，都将为该函数分配一个栈帧，栈帧中保存了该函数的局部变量、参数值和返回值。栈帧会在函数返回时被清理掉。注意，编译器会将函数参数放入寄存器来优化程序，只有寄存器放不下的参数才使用栈帧来保存。由于栈中数据严格的遵守 FIFO 的顺序，这个简单的设计意味着不必使用复杂的数据结构来追踪栈中的内容，只需要一个简单的指针指向栈的顶端即可，因此压栈（pushing）和出栈（popping）过程非常迅速、准确。

• 堆（Heap）：
  与栈一样，堆用于运行时内存分配；但不同的是，堆用于存储那些生存期与函数调用无关的数据。如用系统调用 malloc 申请的内存便在堆上，这些申请的内存在不需要时必须手动释放，否则便会出现内存泄漏。栈的内存地址向下增长，堆得内存地址向上增长。

可以参考以下几张图

image.png image.png image.png

参考

https://zhuanlan.zhihu.com/p/348171413
https://lishiwen4.github.io/linux/linux-process-memory-location
https://blog.konghy.cn/2018/01/20/linux-process-memory-space/
《Linux/UNIX系统编程手册》