【Linux】(1)—进程概念-③Linux进程概念与PCB

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前言

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

什么是进程？

进程可以理解为"正在执行的程序"，它是程序的一次动态执行过程。与静态的程序不同，进程具有生命周期，会经历创建、运行、等待和终止等不同阶段。

从内核角度看，进程是分配系统资源（CPU时间、内存等）的实体。操作系统通过进程来管理和调度程序的执行，使多个程序能够"同时"运行（并发执行）。

进程控制块(PCB)

操作系统要管理进程，首先需要描述进程。Linux内核通过一个称为进程控制块(Process Control Block, PCB)的数据结构来记录进程的所有信息。在Linux中，PCB的具体实现是task_struct结构体。

task_struct结构体

task_struct是Linux内核中非常复杂的一个数据结构，定义在include/linux/sched.h头文件中。它包含了管理一个进程所需的全部信息，会被装载到内存(RAM)中。

task_struct的主要内容包括：

1. 标识符(PID)：唯一标识进程的ID，用于区分不同进程

2. 状态：记录进程当前状态（运行、睡眠、停止等）

3. 优先级：进程调度的优先级

4. 程序计数器：下一条要执行的指令地址

5. 内存指针：指向程序代码和进程相关数据的指针

6. 上下文数据：进程执行时CPU寄存器的数据

7. I/O状态信息：进程使用的I/O设备和文件列表

8. 记账信息：CPU使用时间、时钟数等统计信息

进程的组织方式

Linux内核中所有运行的进程都以task_struct链表的形式存在。内核维护着一个进程链表，每个task_struct都包含指向链表前驱和后继的指针：

c

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struct task_struct {//...struct list_head tasks;  // 进程链表//...
};

这种组织方式使得内核能够高效地遍历和管理所有进程。此外，Linux还使用红黑树等数据结构来加速进程查找。

进程状态

在Linux内核中，进程可能处于以下几种主要状态：

• R (Running)：进程正在运行或在运行队列中等待

• S (Sleeping)：可中断的睡眠状态，等待事件完成

• D (Disk sleep)：不可中断的睡眠状态，通常等待I/O操作

• T (Stopped)：进程被信号暂停执行

• Z (Zombie)：僵尸进程，已终止但未被父进程回收

• X (Dead)：进程完全终止，等待被清除

这些状态定义在内核源代码的task_state_array数组中：

c

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static const char *const task_state_array[] = {"R (running)",        /* 0 */"S (sleeping)",       /* 1 */"D (disk sleep)",     /* 2 */"T (stopped)",        /* 4 */"t (tracing stop)",   /* 8 */"X (dead)",           /* 16 */"Z (zombie)",         /* 32 */
};