一，進(jìn)程

1. 進(jìn)程的概念

       簡單的說，一個執(zhí)行中的程序就是一個進(jìn)程。具體說， 進(jìn)程是一個分配系統(tǒng)資源的活動實體，它包含以下兩點：

（1）實體，每個進(jìn)程都有一段地址空間，在這段空間中，用于存放程序的代碼，數(shù)據(jù)，指令的地址等靜態(tài)的事物；

（2）程序運行的過程，是一個動態(tài)的概念，即需不斷申請占用系統(tǒng)資源的當(dāng)前的活動過程。

總之，進(jìn)程不僅包含有關(guān)程序的一些靜態(tài)事物，還有需不斷申請系統(tǒng)資源的動態(tài)的過程。

2. 進(jìn)程的創(chuàng)建過程

進(jìn)程形成的方法：

（1）一個程序要運行起來，首先要被加載到內(nèi)存上，這時，就形成了進(jìn)程。該進(jìn)程的父進(jìn)程是bush。

（2）通過系統(tǒng)調(diào)用來創(chuàng)建，在一個進(jìn)程中利用fork，vfork函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程，該子進(jìn)程的父進(jìn)程就是創(chuàng)建它的的進(jìn)程。（關(guān)于fork，vfork的使用，在后文中有詳細(xì)說明）

形成之后：

        操作系統(tǒng)要對該進(jìn)程進(jìn)行管理，但并不和該進(jìn)程的程序代碼等直接接觸。而是：

（1）描述：將該進(jìn)程的相關(guān)屬性信息描述起來，放在一個叫進(jìn)程控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，將進(jìn)程控制塊統(tǒng)稱為PCB，在Linux中稱PCB為task_struct，task_struct由操作系統(tǒng)創(chuàng)建。

（2）組織：操作系統(tǒng)將各進(jìn)程的PCB利用鏈表的形式組織起來，放在內(nèi)核中。這樣，操作系統(tǒng)就可以對各進(jìn)程進(jìn)行統(tǒng)一管理了。

（3）為各進(jìn)程分別創(chuàng)建一個虛擬地址空間（也是一個結(jié)構(gòu)體：mm_struct），頁表，映射關(guān)系。

        各進(jìn)程的相關(guān)代碼和數(shù)據(jù)都存放在物理內(nèi)存中，但操作系統(tǒng)并不直接對物理內(nèi)存進(jìn)行操作，而是將虛擬地址通過頁表映射到物理內(nèi)存地址上，從而對其進(jìn)行操作。該虛擬地址空間由上述的PCB中的指針指向，這樣，操作系統(tǒng)便可管理該進(jìn)程了。

        總之，一個進(jìn)程的創(chuàng)建，操作系統(tǒng)需：

（1）描述并創(chuàng)建PCB，并將其鏈入鏈表組織起來放入內(nèi)核

（2）創(chuàng)建虛擬地址空間，頁表，映射關(guān)系

3. task_struct的內(nèi)容

標(biāo)識符PID：描述本進(jìn)程的唯一標(biāo)識符，用于區(qū)別其他進(jìn)程，類似于學(xué)生的學(xué)號，人的身份證號。

狀態(tài)：包括任務(wù)狀態(tài)，退出代碼，退出信號等。

優(yōu)先級：一個CPU一次只能運行一個進(jìn)程，運行哪個進(jìn)程要根據(jù)其優(yōu)先級來判斷

程序計數(shù)器：存放程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址，類似于寄存器PC的存在

內(nèi)存指針：包含程序代碼和進(jìn)程數(shù)據(jù)相關(guān)的指針，還有和其他進(jìn)程共享的內(nèi)存塊的指針

上下文數(shù)據(jù)：進(jìn)程執(zhí)行時處理器的寄存器中的數(shù)據(jù)

I/O狀態(tài)信息：包括顯示的I/O請求，分配給進(jìn)程的I/O設(shè)備，被進(jìn)程使用的文件列表

記賬信息：包括進(jìn)程存在的時間總和等。

其中：

進(jìn)程的狀態(tài)包含：

（1）R：運行狀態(tài)，處于該狀態(tài)的進(jìn)程要么在運行要么處于運行隊列中

（2）S：淺度睡眠狀態(tài)，可以被中斷，可以用kill命令殺死

（3）D：深度睡眠狀態(tài)，不可被中斷，不可被殺死，一般在I/O時發(fā)生，要結(jié)束該狀態(tài)的進(jìn)程，要么等I/O結(jié)束，要么關(guān)機

（4）T：停止?fàn)顟B(tài)

（5）Z：僵尸狀態(tài)：進(jìn)程退出后一直維持該狀態(tài)，直到該進(jìn)程的父進(jìn)程讀取了他的退出信息后，將其釋放。

狀態(tài)的優(yōu)先級：CPU根據(jù)優(yōu)先級來決定運行進(jìn)程的先后順序

        可以通過ps -l命令來查看優(yōu)先級，其中：

PRI：表示進(jìn)程的優(yōu)先級，此值越小優(yōu)先級越高

NI：優(yōu)先級的修正數(shù)值

所以，PRI=PRI（80）+NI（-20~19）

可以通過命令來修改NI：

（1）renice：修改已存在進(jìn)程的優(yōu)先級：renice    NI的值   -p    要修改進(jìn)程PID

（2）nice：修改啟動前的進(jìn)程的優(yōu)先級：nice  -n   NI的值    可執(zhí)行程序路徑

        運行如下進(jìn)程：

#include<stdio.h>
int main()
{                                                                            
    while(1)
    {   
        sleep(1);
    }   
    return 0;
}

        執(zhí)行如下命令：

        或者，在進(jìn)程啟動前，輸入以下命令：

4. 查看進(jìn)程

        在一個進(jìn)程運行過程中，需要知道如何查看該進(jìn)程是否被創(chuàng)建成功。

（1）Linux下輸入命令：

ls /proc

        該命令用于顯示進(jìn)程目錄/proc中所有當(dāng)前正在運行的進(jìn)程

        這些數(shù)字即為正在運行進(jìn)程的PID。

（2）通過命令ps或top獲取進(jìn)程信息。

（3）利用系統(tǒng)調(diào)用獲取進(jìn)程標(biāo)識符

pid_t getpid();//獲取當(dāng)前進(jìn)程的PID
pid_t getppid();//獲取當(dāng)前進(jìn)程的父進(jìn)程的PID

這兩個函數(shù)均需引用頭文件<sys/types.h>和<unistd.h>

5. 創(chuàng)建進(jìn)程

         在了解了進(jìn)程的相關(guān)信息后，接下來，我們來創(chuàng)建一個進(jìn)程。

（1）通過運行程序來創(chuàng)建

        注意：進(jìn)程是一個動態(tài)的過程，程序在運行期間，進(jìn)程被創(chuàng)建，一旦程序運行結(jié)束，進(jìn)程也就退出了。

        那么，程序在一瞬間就運行結(jié)束，我們?nèi)绾沃肋M(jìn)程是否被創(chuàng)建呢？

        編寫如下代碼，使程序一直運行：

#include<stdio.h>                                                               
int main()
{
    while(1)
    {   
        sleep(1);
    }   
    return 0;
}

        編譯鏈接運行該程序：

        我們發(fā)現(xiàn)該程序一直在運行，也就是該進(jìn)程一直存在，但怎么獲取該進(jìn)程相關(guān)的信息呢？

        這時，需要該進(jìn)程在后臺運行，從而獲取其相關(guān)信息，輸入以下指令：

        輸出的數(shù)字為該進(jìn)程的PID，這時，查看/proc目錄，可以看到該進(jìn)程的PID在該目錄中。說明該進(jìn)程已經(jīng)被創(chuàng)建成功，當(dāng)輸入：

kill -9 7856（進(jìn)程的PID）

        可通過該命令殺死該進(jìn)程，此時，在查看/proc目錄時，已經(jīng)沒有該進(jìn)程的PID了。說明該進(jìn)程已經(jīng)結(jié)束。

（2）利用fork函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程

        fork創(chuàng)建子進(jìn)程后，子，父進(jìn)程對fork語句之后的代碼和沒有修改的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，如果數(shù)據(jù)被父或子進(jìn)程修改，則在父，子進(jìn)程中會各自開辟存放該數(shù)據(jù)的內(nèi)存，采取寫實拷貝。

        fork函數(shù)的返回值情況：

1）若子進(jìn)程創(chuàng)建成功，向父進(jìn)程返回子進(jìn)程的PID，向子進(jìn)程返回0；

2）若子進(jìn)程創(chuàng)建失敗，則返回-1。

    運行如下程序：

#include<stdio.h>     
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>                                                              
int main()
{
    int ret=fork();
    if(ret<0)
    {   
        printf("fork error!\n");
        return 1;
    }   
    else if(ret == 0)//子進(jìn)程
    {   
        printf("child:pid=%d,ppid=%d,ret=%d\n",getpid(),getppid(),ret);
    }   
    else//父進(jìn)程
    {   
        printf("farther:pid=%d,ppid=%d,ret=%d\n",getpid(),getppid(),ret);
    }   
    sleep(1);
    return 0;
}

        運行結(jié)果：

        可以看到，在子進(jìn)程創(chuàng)建后，先運行父進(jìn)程，在運行子進(jìn)程，返回值情況確實滿足上述兩點。

注意：fork創(chuàng)建子進(jìn)程后，誰先運行是不確定的。

（3）利用vfork創(chuàng)建子進(jìn)程

        vfork的用法與fork相同，只是，有下列區(qū)別：

1）vfork創(chuàng)建子進(jìn)程后，子，父進(jìn)程共享代碼和數(shù)據(jù)

2）先運行子進(jìn)程，子進(jìn)程只有通過調(diào)用exit或exec結(jié)束后，父進(jìn)程才開始運行

6. 僵尸進(jìn)程

        就是處于僵尸狀態(tài)的進(jìn)程，當(dāng)子進(jìn)程退出，父進(jìn)程沒有讀取子進(jìn)程的退出信息時，子進(jìn)程就一直處于僵尸狀態(tài)。

        運行以下程序來創(chuàng)建僵尸進(jìn)程：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    int ret=fork();
    if(ret<0)
    {   
        printf("fork error!\n");
        return 1;                                                                                                                                            
    }   
    else if(ret>0)//父進(jìn)程
    {   
        printf("farther:pid=%d,ppid=%d,ret=%d\n",getpid(),getppid(),ret);
        sleep(30);//30s后父進(jìn)程退出
    }   
    else//子進(jìn)程
    {   
        printf("child:pid=%d,ppid=%d,ret=%d\n",getpid(),getppid(),ret);
        sleep(5);//5s后子進(jìn)程退出
        exit(1);
    }   
    return 0;
}

        在該程序運行5s內(nèi)，子，父進(jìn)程都在運行。5s后，子進(jìn)程運行結(jié)束，此時，父進(jìn)程還在運行，還沒來得及獲取子進(jìn)程的退出信息，所以，5s后子進(jìn)程變?yōu)榻┦M(jìn)程；30s后父進(jìn)程運行結(jié)束，子父進(jìn)程均退出。

        輸入以下命令，觀察處于僵尸狀態(tài)的子進(jìn)程：

        進(jìn)程開始運行后5s內(nèi)：

        5s后：

        30s后：

7. 孤兒進(jìn)程

        如果父進(jìn)程先退出，而子進(jìn)程還在進(jìn)行，此時，子進(jìn)程就會變成孤兒進(jìn)程。 孤兒進(jìn)程會被1號進(jìn)程領(lǐng)養(yǎng)，該孤兒進(jìn)程退出后，就會被1還進(jìn)程回收。

        下面，演示一個孤兒進(jìn)程的例子：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    int ret = fork();                                                                                                                                        
    if(ret == -1)
    {
        perror("fork error\n");
        return 1;
    }
    else if(ret > 0)//父進(jìn)程，先結(jié)束
    {
        printf("pid = %d,ppid = %d ret = %d\n",getpid(),getppid(),ret);
    }
    else//子進(jìn)程，30s后再結(jié)束
    {
        printf("pid = %d,ppid = %d ret = %d\n",getpid(),getppid(),ret);
        sleep(30);
    }
    return 0;
}

        在該例中，父進(jìn)程執(zhí)行完畢后，即退出，而子進(jìn)程30s后才退出，所以，來觀察下子進(jìn)程的父進(jìn)程的PID來驗證它是否被1號進(jìn)程領(lǐng)養(yǎng)。

        結(jié)果如下：

二，環(huán)境變量

        環(huán)境變量是操作系統(tǒng)中指定程序運行環(huán)境的一些變量，比如，在鏈接庫文件時，這些庫文件在哪里，去哪里找，這些信息都存放在環(huán)境變量中。

        環(huán)境變量通常具有某些特殊用途，在系統(tǒng)中通常具有全局特性。

1. 常見環(huán)境變量

（1）PATH：存放系統(tǒng)常用命令的搜索路徑的變量

        查看該變量的內(nèi)容，輸入命令：

echo $PATH

        輸出結(jié)果：

/usr/local/bin:/usr/bin:/bin:/usr/local/sbin:/usr/sbin:/sbin:/home/admin/bin

        每個路徑用分號相隔。比如，常用的命令ls，我們在運行它的時候，并沒有加上的路徑，并不知道該命令的可執(zhí)行程序放在哪里，這時，操作系統(tǒng)，就會根據(jù)PATH中提供的路徑，一條路徑一條路徑的找，直到找到為止。

        我們自己編寫形成的可執(zhí)行程序a.out在運行時，必須加上路徑，如：./a.out，表示運行當(dāng)前路徑下的a.out。那如何能像運行l(wèi)s一樣不加路徑呢，有如下兩種方法：

1）將可執(zhí)行程序a.out放在PATH指定的路徑下，那么在運行時，就會根據(jù)PATH中的路徑去找a.out所在的位置。

如：cp  ./a.out  /bin

2）將a.out的路徑放入到PATH變量中。這時，需要先明白a.out的路徑，再進(jìn)行存放，輸入命令：

        $PATH表示原有的內(nèi)容，即上述查看PATH時輸出的內(nèi)容。 ：/home/admin/bit_code/Linux表示在原有PATH的基礎(chǔ)上追加該路徑；然后把原有PATH的內(nèi)容和追加后的路徑一起賦給變量PATH；export是導(dǎo)出變量PATH，即更新PATH。

        再次進(jìn)行查看時，便可看到a.out的路徑已經(jīng)在變量PATH中：

        若要刪除新存放的路徑，只需要關(guān)閉終端，再次打開即可。

        如果不想關(guān)閉終端來刪除新追加的路徑，只需輸入以下命令即可：

export PATH=/usr/local/bin:/usr/bin:/bin:/usr/local/sbin:/usr/sbin:/sbin:/home/admin/bin

（2）HOME：指定用戶的主工作目錄（可以用echo命令來進(jìn)行查看）

（3）HISTSIZE：系統(tǒng)中默認(rèn)保存的歷史命令的條數(shù)，一般是1000。（以同樣的方法可查看）

        若要查看歷史命令，只需輸入命令：history

（4）SHELL：查看當(dāng)前使用的shell

2. 常用的有關(guān)環(huán)境變量的命令

（1）echo：查看環(huán)境變量的內(nèi)容，上述已經(jīng)說明

（2）export：設(shè)置一個新的環(huán)境變量

        1）更新原有環(huán)境變量的值，（這里不加export也可以，因為該變量已經(jīng)是環(huán)境變量，但最好加上）上述已經(jīng)驗證

        2）將本地變量變成環(huán)境變量。

        將MYENV設(shè)置為環(huán)境變量，在終端運行以下命令：

MYENY="hello world"

        用echo查看時，沒有結(jié)果，說明該環(huán)境變量沒有設(shè)置成功，他只是一個本地變量。

        再在終端運行以下命令：

export MYENY="hello world"

        用echo查看時，可以看到結(jié)果，說明該環(huán)境變量設(shè)置成功。

        所以，export的作用是設(shè)置環(huán)境變量。如果環(huán)境變量已經(jīng)存在，可以理解為更新環(huán)境變量的值（也可以不加）；如果環(huán)境變量不存在，就必須用export設(shè)置環(huán)境變量。

        注意：使用export設(shè)置的環(huán)境變量在關(guān)閉中斷后即失效        

（3）env：查看系統(tǒng)中存在的所有環(huán)境變量及其值

（4）set：顯示所有本地定義的shell變量及環(huán)境變量和其相應(yīng)的值（注意與env的區(qū)別）

        運行以下命令：

MYENV="hello world"

        上述已經(jīng)說明，該變量不是環(huán)境變量（用env查看沒有結(jié)果），所以是本地變量，用set查看：

set | grep MYENV

        這時會顯示結(jié)果：

MYENV='hello world'

        說明，set可以顯示本地變量，同樣可以顯示環(huán)境變量，這里不再說明。

（5）unset：清除環(huán)境變量

        先用export設(shè)置環(huán)境變量MYENV，再用env查看是否創(chuàng)建成功，創(chuàng)建成功后，在用unset清除該環(huán)境變量，在用env查看是否清除成功。如下：

3. 環(huán)境變量的全局特性

        首先通過命令在終端設(shè)置本地變量：MYENV=“hello world”，然后通過以下程序（即子進(jìn)程，bash為父進(jìn)程）輸出該環(huán)境變量的值。

        下面先介紹一個系統(tǒng)調(diào)用getenv

 #include <stdlib.h>//需引用的頭文件
 char *getenv(const char *name);//函數(shù)原型，該函數(shù)用于獲取指定環(huán)境變量的值，參數(shù)是環(huán)境變量的名稱字符串

        再運行以下代碼，輸出環(huán)境變量的值：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    char *env=getenv("MYENV");                                          
    if(env)
    {   
    printf("%s\n",env);
    }   
    return 0;
}

        當(dāng)運行該代碼時，出現(xiàn)如下結(jié)果：

       發(fā)現(xiàn)沒有結(jié)果，說明子進(jìn)程不能看到本地變量的值。

       通過export將MYENV設(shè)置為環(huán)境變量，在運行程序時，會輸出：hello world。說明，此時子進(jìn)程能夠看到環(huán)境變量的值。因為環(huán)境變量具有全局特性。

注意：本地變量沒有全局特性，只會被本shell看到，不會被子進(jìn)程看到。

          而環(huán)境變量具有全局特性，所以會被本shell及以下的所有子進(jìn)程看到，即被子進(jìn)程繼承下去。