进程探秘：从 PCB 到 fork 的核心原理之旅
前言
在操作系统的世界里，“进程” 是一个贯穿始终的核心概念。无论是我们日常打开的浏览器、运行的代码，还是后台默默工作的服务，本质上都是一个个 “进程” 在操作系统的调度下有序运行。理解进程，是掌握操作系统工作机制、走进并发编程世界的第一步。
本文将从最基础的 “进程是什么” 讲起，带你逐层揭开进程的神秘面纱：从描述进程的核心数据结构 PCB（进程控制块），到 Linux 内核中具体的task_struct；从如何查看进程的标识符（PID）、父进程 ID（PPID），到通过ps命令和/proc文件系统窥探进程的实时状态；最终聚焦于进程创建的核心系统调用fork，解析它如何 “一分为二” 生成子进程，以及那些看似反直觉的返回值背后的底层逻辑。
无论你是刚接触操作系统的初学者，还是想夯实基础的开发者，这篇文章都将为你搭建起理解进程的 “知识骨架”，为后续深入学习进程调度、通信、同步等内容铺好基石。
目录
1. 基本概念
1. 概念理解
1.2 描述进程-PCB
1.3 task_ struct
2. 进程查看
2.1getpid获取标识符
2.2 ps 和/proc 获取进程信息
2.3 getppid()获取父进程pid
3. 进程创建
3.1 系统调用创建进程-fork
3.2 fork的返回值
1. 基本概念
1. 概念理解
换个方式理解：
进程=内核数据结构对象+自己的代码和数据
Linux下：进程=PCB（task_struct）+代码和数据
对进程的管理就变成了对构建的数据结构进行增删查改。
1.2 描述进程-PCB
1.3 task_ struct
struct task_struct {volatile long state; // 进程状态（运行、睡眠等）struct thread_info *thread_info; // 指向线程信息结构pid_t pid; // 进程标识符struct mm_struct *mm; // 指向内存描述符struct mm_struct *active_mm; // 当前使用的内存描述符struct list_head tasks; // 用于链接所有进程的双向循环链表节点 [^1]struct sched_entity se; // 调度实体unsigned int time_slice; // 时间片// ... 其他字段省略
};
2. 进程查看
我们历史上执行的所有指令，工具，自己的程序，运行起来，全部都是进程！！！
2.1getpid获取标识符
获取当前进程的唯一标识符（Process ID，简称 PID）。PID 是操作系统分配给每个正在运行的进程的一个正整数值，用于唯一标识和管理进程。
1#include <stdio.h>2 #include <unistd.h>3 #include <sys/types.h>4 int main(){5 while(1){6 sleep(1);7 printf("我是一个进程！我的pid:%d \n",getpid()); 8 }9 return 0;10 }
2.2 ps 和/proc 获取进程信息
ps aux：以用户为中心的详细进程快照
USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
root 1 0.0 0.1 168504 13080 ? Ss 08:00 0:02 /sbin/init
hu 12345 0.0 0.0 4320 720 pts/0 S+ 10:30 0:00 ./a.outps axj：以进程关系为中心的输出（包含进程组和会话信息）
ps axj 输出格式侧重进程间的关系，包含进程组 ID（PGID）、会话 ID（SID）、控制终端（TTY）等字段，适合分析进程的层级关系（如父子进程、进程组、会话）。
选项含义
a：同ps aux，显示所有用户的进程。x：同ps aux，显示无控制终端的进程。j：以作业控制格式输出，增加进程组 ID（PGID）、会话 ID（SID）、控制终端 ID（TTY）等与进程关系相关的字段。
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND0 1 1 1 ? -1 Ss 0 0:02 /sbin/init1234 5678 5678 5678 pts/0 5678 S+ 1000 0:00 ./a.out
ps axj | grep 是一个组合命令，用于在 ps axj 的输出中筛选包含特定关键词的进程信息。
kill - 9+进程pid 可以杀死进程，也可以用ctrl C
进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看
/proc 是一个特殊的虚拟文件系统（procfs），它并非存储在磁盘上，而是动态反映系统内核和进程的实时状态。通过访问 /proc 下的文件和目录，你可以查看或修改内核参数、进程信息、硬件状态等。
进程启动，查看，着重关注cwd和exe文件 ,一般是在当前路径下生成可执行文件,cwd是当前路径。我们可以用chdir改变当前进程的工作目录。
改变进程的当前工作目录：调用 chdir 后，进程后续的相对路径操作都将基于新的目录。
影响文件操作：例如，若当前目录为 /home/hu，执行 chdir("/tmp") 后，打开文件 test.txt 实际访问的是 /tmp/test.txt。
2.3 getppid()获取父进程pid
每次重新启动进程 ,进程pid会变，但是父进程ID没变。
命令行解释器bash本身就是一个进程。
每次登录服务器时，操作系统会给每一个登录用户分配一个bash.
上面是bash打印的字符串，然后卡住等待，等待输入命令给bash
回想我们的程序，都可以先printf再scanf
3. 进程创建
3.1 系统调用创建进程-fork
#include <stdio.h>3 #include <unistd.h>4 #include <sys/types.h>5 int main(){6 printf("父进程开始执行,pid:%d\n",getpid());7 fork();8 printf("进程开始运行,pid:%d\n",getpid()); 9 }
刚开始只有一个执行流，fork创建进程之后，有两个执行流，所以后面的printf会有两个，且结果id不一样。子进程执行父进程之后的代码。
在仅创建子进程时，子进程没有自己的代码和数据，因为目前，没有程序新加载。子进程执行父进程之后的代码。
3.2 fork的返回值
fork会有两个返回值。
子进程PID返回给父进程，0返回给子进程，失败的话-1返回给父进程
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main(){printf("父进程开始执行,pid:%d\n",getpid());pid_t id=fork();if(id<0){perror("fork");return 1;}else if(id==0){//childwhile(1){sleep(1);printf("我是一个子进程！我的pid:%d ,我的父进程pid:%d\n",getpid(),getppid()); }}else{while(1){sleep(1);printf("我是一个父进程！我的pid:%d ,我的父进程pid:%d\n",getpid(),getppid());}}// printf("进程开始运行,pid:%d\n",getpid());return 0;}
根据ID的判断执行了两个部分程序
不免产生一个疑惑?。
为什么fork给父子返回各自不同的返回值？
一个父进程可以有多个子进程，父：子=n:1；将子进程的pid返回给父进程方便父进程管理区分不同的子进程，用于标识新创建的子进程；
为什么一个函数会返回两次？
一个函数return xxx了，它的核心功能就完成了。fork创建子进程，申请新的pcb,拷贝父进程的pcb给子进程，子进程pcb放到进程列表中甚至放到调度队列中，return是条语句，是个函数，是共用的，最后父子进程都会执行return语句。
函数 “返回两次” 的本质：进程复制 + 指令指针共享
fork()的核心是内核为当前进程创建了一个几乎完全相同的副本。
为什么一个变量id==0又>0? 导致 if 与else同时成立?(以后解释，当学习到虚拟地址空间会说明）
进程具有独立性，父子进程相互独立。父子进程的数据结构独立；代码是共享只读的，不可修改的；数据是写时拷贝，父子一方修改数据时，OS会把数据拷贝一份，目标进程修改这个拷贝。
#include <stdio.h>3 #include <unistd.h>4 #include <sys/types.h>5 int val=520;6 int main(){7 printf("父进程开始执行,pid:%d\n",getpid());8 pid_t id=fork();9 if(id<0){10 perror("fork");11 return 1;12 }13 else if(id==0){14 //child15 while(1){16 sleep(1);17 printf("我是一个子进程！我的pid:%d ,我的父进程pid:%d,val:%d \n",getpid(),getppid(),val);18 val+=10;19 }20 21 }22 else{23 while(1){24 sleep(1);25 printf("我是一个父进程！我的pid:%d ,我的父进程pid:%d,val:%d\n",getpid(),getppid(),val); 26 }27 28 }29 // printf("进程开始运行,pid:%d\n",getpid());30 return 0;31 }
结束语
到这里，我们已经走完了进程基础知识的探索之旅。从抽象的 “进程概念” 到具体task_struct结构体，从getpid、ps等工具的使用，到fork创建进程的底层逻辑，我们不仅认识了进程的 “外貌”（如何查看信息），更触摸到了它的 “骨架”（PCB 的核心作用）和 “诞生方式”（fork 的特殊机制）。
这些知识看似基础，却是理解操作系统并发能力的关键 —— 毕竟，所有复杂的多任务场景，追根溯源都是一个个进程在 PCB 的 “记录” 下，通过调度器的协调有序运行的结果。
接下来，你可能会好奇：进程是如何被调度的？多个进程之间如何通信？fork创建的子进程为何能共享代码却拥有独立内存？这些问题，我们将在后续的内容中继续探索。