【Linux】进程管理

进程基础概念

进程的定义与特征

进程是操作系统资源分配的基本单位，具有以下核心特征：

• 独立性：拥有独立的地址空间和系统资源

• 动态性：具有创建、执行、终止的生命周期

• 并发性：多个进程可以并发执行

• 结构性：由代码段、数据段、堆栈等组成

进程 vs 线程

特性	进程	线程
资源开销	大（独立地址空间）	小（共享地址空间）
通信方式	IPC机制	共享内存
创建/销毁成本	高	低
安全性	高（隔离性好）	低（共享资源）

进程生命周期

1. 创建：通过fork()系统调用

2. 就绪：等待CPU调度

3. 运行：正在CPU上执行

4. 阻塞：等待I/O等事件

5. 终止：正常结束或被终止

Linux进程管理机制

进程描述符（task_struct）

Linux内核通过task_struct结构体管理进程，包含：

• 进程状态：运行、就绪、阻塞等

• 进程ID：PID（唯一标识符）

• 内存管理：mm_struct指针

• 文件描述符表：打开的文件资源

• 调度信息：优先级、策略等

进程调度策略

调度策略	描述	适用场景
CFS（完全公平）	基于虚拟运行时间的比例分配	普通进程
实时-FIFO	先到先服务，不可抢占	硬实时任务
实时-RR	时间片轮转	软实时任务
批处理	低优先级后台任务	非交互式任务

进程间通信（IPC）

1. 管道（pipe）：

   cmd1 | cmd2  # shell管道示例

2. 信号（signal）：

   kill -SIGTERM pid  # 发送终止信号

3. 共享内存：最快IPC方式

4. 消息队列：结构化数据传输

5. 信号量：进程同步机制

进程操作命令

进程查看

ps aux           # 查看所有进程详细信息
top              # 动态查看进程资源占用
htop             # 增强版top（需安装）
pstree -p        # 树状显示进程关系

进程控制

kill -9 PID      # 强制终止进程
pkill -f "name"  # 按名称终止进程
nice -n 5 cmd    # 启动低优先级进程
renice 10 -p PID # 调整运行中进程优先级

后台进程管理

command &        # 后台运行
nohup command &  # 退出终端仍运行
jobs             # 查看后台作业
fg %1            # 将作业1调到前台
bg %2            # 继续运行暂停的作业2

进程编程接口

基础系统调用

#include 
#include 

pid_t fork(void);          // 创建子进程
int execve(const char *pathname, char *const argv[], 
          char *const envp[]); // 执行新程序
pid_t wait(int *wstatus);  // 等待子进程结束

进程创建示例

#include 
#include 

int main() {
    pid_t pid = fork();
    
    if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("Child PID: %d\n", getpid());
        sleep(2);
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程
        printf("Parent PID: %d\n", getpid());
        wait(NULL);  // 等待子进程
        printf("Child finished\n");
    } else {
        perror("fork failed");
        return 1;
    }
    return 0;
}

信号处理示例

#include 
#include 

void handler(int sig) {
    printf("Received signal %d\n", sig);
}

int main() {
    signal(SIGINT, handler);  // 注册Ctrl+C处理函数
    while(1) {
        pause();  // 等待信号
    }
    return 0;
}

 总结

Linux进程是操作系统资源分配的基本单位，具有独立的地址空间和执行环境，通过fork()和exec()系统调用实现进程创建与程序加载。进程管理涉及调度策略（如CFS）、进程间通信（管道、信号、共享内存等）以及生命周期管理（创建、运行、终止）。开发中需掌握进程监控命令（ps/top）和编程接口（fork/wait/signal），同时注意处理僵尸进程和资源释放问题。理解Linux进程模型对构建稳定高效的应用至关重要，无论是系统服务还是并发程序，良好的进程管理都能显著提升系统可靠性和性能表现。