Linux软件编程: 进程解析 - 网硕互联帮助中心

1 进程基础概念

1.1 程序与进程的区别

程序：存储在硬盘上的静态代码和数据集合，是未执行的指令序列

进程：程序动态执行的实例，包括创建、调度、执行到消亡的完整生命周期

关键区别：

程序是静态的，进程是动态的
程序是存储在存储介质上的文件，进程是内存中的执行实体
一个程序可以对应多个进程，一个进程只能对应一个程序

1.2 进程在操作系统中的角色

进程是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，每个进程拥有独立的地址空间和系统资源，确保进程间的隔离性和安全性。

2 进程管理命令详解

2.1 进程查看命令

2.1.1 top命令 – 实时进程监控

top

动态显示系统进程信息，按CPU使用率排序，包含：

PID：进程ID（唯一标识）
PPID：父进程ID
CPU%：CPU使用率
MEM%：内存使用率

2.1.2 ps命令 – 进程状态查看

ps -ef # 查看所有进程详细信息
ps -aux # 查看进程状态和资源使用
ps -ef | grep 进程名 # 过滤特定进程
ps -aux | grep 进程名 # 过滤并显示状态

常用选项说明：

-e：显示所有进程
-f：完整格式显示
-u：显示用户相关信息
-x：显示没有控制终端的进程

2.2 进程控制命令

2.2.1 进程终止

kill -9 PID # 强制终止指定进程
killall -9 进程名 # 终止所有同名进程

2.2.2 后台任务管理

./program & # 在后台运行程序
jobs # 查看后台任务列表
fg %1 # 将1号后台任务调到前台
Ctrl + Z # 暂停前台任务
bg %1 # 在后台继续运行暂停的任务

2.2.3 进程优先级管理

nice -n 优先级命令 # 指定优先级运行程序（-20到19）
renice -n 优先级 PID # 修改运行中进程的优先级

优先级说明：

数值越小优先级越高（-20最高，19最低）
普通用户只能降低优先级（0-19）
root用户可设置任意优先级

3 进程地址空间与内存管理

3.1 虚拟地址空间布局

每个进程拥有独立的4GB虚拟地址空间（32位系统），分布如下：

3.2 内存区域详解

3.2.1 代码段（.text）

存放程序执行的机器指令
只读属性，多个进程可共享同一代码段
在程序编译时确定，运行时不可修改

3.2.2 数据段

.data段：已初始化的全局变量和静态变量
.bss段：未初始化的全局变量和静态变量（运行时初始化为0）
.rodata段：字符串常量等只读数据

3.2.3 堆区（heap）

动态内存分配区域（malloc/free）
手动管理，向高地址增长
需要程序员显式释放内存

3.2.4 栈区（stack）

存放局部变量和函数调用信息
自动管理，向低地址增长
函数返回时自动释放

3.3 地址空间隔离机制

通过MMU（内存管理单元）实现虚拟地址到物理地址的映射，确保：

每个进程拥有独立的地址空间
进程间内存隔离，提高系统稳定性
支持内存共享和写时复制技术

4 进程状态与调度算法

4.1 进程状态转换

创建 → 就绪(R) ↔ 运行(R) → 终止(X)
↓ ↑
等待(S/D) → 就绪(R)

4.1.1 主要进程状态

运行态(R)：进程正在CPU上执行
就绪态(R)：进程准备就绪，等待CPU调度
可中断等待态(S)：等待资源，可被信号中断
不可中断等待态(D)：等待硬件资源，不可中断
停止态(T)：进程被暂停执行
僵尸态(Z)：进程已终止，但资源未回收
死亡态(X)：进程完全终止

4.2 进程调度算法

4.2.1 先来先服务（FCFS）

按进程到达顺序调度
实现简单，但可能导致短进程等待时间长

4.2.2 短作业优先（SJF）

优先调度预计执行时间短的进程
最小化平均等待时间，但需要预知执行时间

4.2.3 时间片轮转（RR）

每个进程分配固定时间片（5-10ms）
公平性好，适合交互式系统
宏观并行，微观串行执行

4.2.4 多级反馈队列

结合多种调度策略
动态调整进程优先级
平衡响应时间和吞吐量

5 进程创建与控制函数

5.1 fork函数 – 进程创建

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

功能特性：

创建子进程，子进程是父进程的完整副本
复制文本段、数据段、堆栈等所有资源
父子进程并发执行，执行顺序不确定

返回值说明：

父进程：返回子进程PID（>0）
子进程：返回0
错误：返回-1

5.2 进程信息获取函数

#include <unistd.h>

pid_t getpid(void); // 获取当前进程PID
pid_t getppid(void); // 获取父进程PID

5.3 进程创建实战示例

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
pid_t pid;

pid = fork();
if(-1 == pid)
{
perror("fail to fork");
return -1;
}

if(pid == 0)
{
printf("我是子进程,PID:%d,PPID:%d\\n",getpid(),getppid());
}
else if(pid >= 1)
{
printf("我是父进程,PID:%d,childPID:%d\\n",getpid(),pid);
}

printf("hello world\\n");

while(1)
{

}
return 0;
}

6.实战应用：媒体文件遍历

6.1 目录遍历与文件过滤

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <dirent.h>

void Listdir(char *pdirpath)
{
DIR *dp = NULL;
struct dirent *pp = NULL;
char filepath[512] = {0};
char *pstr = NULL;

dp = opendir(pdirpath);
if (NULL == dp)
{
perror("fail to opendir");
return;
}

while (1)
{
pp = readdir(dp);
if (NULL == pp)
{
break;
}

if ('.' == pp->d_name[0])
{
continue;
}
pstr = pp->d_name;

while(pstr[0] != '.')
{
if(pstr[0] == 0)
{
break;
}
pstr++;
}
pstr++;
if ((!strcmp(pstr,"flv") || !strcmp(pstr,"avi") || !strcmp(pstr,"rmvb") || !strcmp(pstr,"rm")) && pstr[0] != '\\0')
{
sprintf(filepath, "%s/%s", pdirpath, pp->d_name);
printf("%s\\n", filepath);
}
if (pp->d_type == DT_DIR)
{
Listdir(filepath);
}
}

closedir(dp);

return;
}

int main(void)
{
char dirpath[256] = {0};

printf("请输入目录路径:\\n");
gets(dirpath);

Listdir(dirpath);

return 0;
}