一文搞懂Linux進(jìn)程：解鎖操作系統(tǒng)的核心秘密
在Linux 的世界里，進(jìn)程就像是一個(gè)個(gè)活躍的小生命，它們在系統(tǒng)的舞臺上各司其職，共同演繹著復(fù)雜而精彩的計(jì)算交響樂。簡單來說，進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行實(shí)例。當(dāng)你在 Linux 系統(tǒng)中運(yùn)行一個(gè)程序，比如用命令行啟動一個(gè) Python 腳本，系統(tǒng)就會創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程來執(zhí)行這個(gè)腳本。程序本身只是存儲在磁盤上的一組靜態(tài)指令和數(shù)據(jù)，而進(jìn)程則是這些指令和數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的動態(tài)運(yùn)行過程。進(jìn)程具有一些關(guān)鍵屬性，這些屬性就像是它們的 “身份標(biāo)簽” 和 “行為準(zhǔn)則”。
比如，每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)唯一的進(jìn)程標(biāo)識符（PID），這就好比每個(gè)人的身份證號碼，系統(tǒng)通過 PID 來識別和管理不同的進(jìn)程。進(jìn)程還有自己的狀態(tài)，常見的狀態(tài)包括運(yùn)行態(tài)（R）、睡眠態(tài)（S）、停止態(tài)（T）和僵尸態(tài)（Z）等 。
- 運(yùn)行態(tài)表示進(jìn)程正在 CPU 上執(zhí)行或準(zhǔn)備執(zhí)行；
- 睡眠態(tài)則是進(jìn)程在等待某個(gè)事件的完成，比如等待 I/O 操作結(jié)束；
- 停止態(tài)是進(jìn)程被暫停，通常是因?yàn)榻邮盏搅颂囟ǖ男盘枺?/li>
僵尸態(tài)比較特殊，當(dāng)子進(jìn)程結(jié)束運(yùn)行但父進(jìn)程沒有回收其資源時(shí)，子進(jìn)程就會進(jìn)入僵尸態(tài)。進(jìn)程的優(yōu)先級也很重要，它決定了進(jìn)程獲取 CPU 時(shí)間的先后順序。優(yōu)先級高的進(jìn)程會優(yōu)先被調(diào)度執(zhí)行，就像在醫(yī)院里，急診病人會比普通病人優(yōu)先得到救治一樣。在 Linux 系統(tǒng)中，進(jìn)程的優(yōu)先級可以通過 nice 值來調(diào)整，nice 值的范圍是 -20 到 19，值越小優(yōu)先級越高。不過，普通用戶只能在一定范圍內(nèi)調(diào)整自己進(jìn)程的 nice 值，而 root 用戶則擁有更大的權(quán)限。
一、Linux進(jìn)程概念
從理論角度看，是對正在運(yùn)行的程序過程的抽象；
從實(shí)現(xiàn)角度看，是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，目的在于清晰地刻畫動態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，有效管理和調(diào)度進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主存儲器運(yùn)行的程序。
1. 什么是進(jìn)程？
- 狹義定義：進(jìn)程就是一段程序的執(zhí)行過程。
- 廣義定義：進(jìn)程是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動。它是操作系統(tǒng)動態(tài)執(zhí)行的基本單元，在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，進(jìn)程既是基本的分配單元，也是基本的執(zhí)行單元。
- 進(jìn)程有怎么樣的特征？
- 動態(tài)性：進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是程序在多道程序系統(tǒng)中的一次執(zhí)行過程，進(jìn)程是動態(tài)產(chǎn)生，動態(tài)消亡的。
- 并發(fā)性：任何進(jìn)程都可以同其他進(jìn)程一起并發(fā)執(zhí)行
- 獨(dú)立性：進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時(shí)也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度的獨(dú)立單位；
- 異步性：由于進(jìn)程間的相互制約，使進(jìn)程具有執(zhí)行的間斷性，即進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推 進(jìn)
- 結(jié)構(gòu)特征：進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊三部分組成;
- 多個(gè)不同的進(jìn)程可以包含相同的程序：一個(gè)程序在不同的數(shù)據(jù)集里就構(gòu)成不同的進(jìn)程，能得到不同的結(jié)果；但是執(zhí)行過程中，程序不能發(fā)生改變。
2. Linux進(jìn)程結(jié)構(gòu)？
Linux進(jìn)程結(jié)構(gòu)：可由三部分組成：代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段。也就是程序、數(shù)據(jù)、進(jìn)程控制塊PCB（Process Control Block）組成。進(jìn)程控制塊是進(jìn)程存在的惟一標(biāo)識，系統(tǒng)通過PCB的存在而感知進(jìn)程的存在。
系統(tǒng)通過PCB對進(jìn)程進(jìn)行管理和調(diào)度。PCB包括創(chuàng)建進(jìn)程、執(zhí)行程序、退出進(jìn)程以及改變進(jìn)程的優(yōu)先級等。而進(jìn)程中的PCB用一個(gè)名為task_struct的結(jié)構(gòu)體來表示，定義在include/linux/sched.h中，每當(dāng)創(chuàng)建一新進(jìn)程時(shí)，便在內(nèi)存中申請一個(gè)空的task_struct結(jié)構(gòu)，填入所需信息，同時(shí)，指向該結(jié)構(gòu)的指針也被加入到task數(shù)組中，所有進(jìn)程控制塊都存儲在task[]數(shù)組中。
進(jìn)程的三種基本狀態(tài)：
- 就緒狀態(tài)：進(jìn)程已獲得除處理器外的所需資源，等待分配處理器資源；只要分配了處理器進(jìn)程就可執(zhí)行。就緒進(jìn)程可以按多個(gè)優(yōu)先級來劃分隊(duì)列。例如，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程由于時(shí)間片用完而進(jìn)入就緒狀態(tài)時(shí)，排入低優(yōu)先級隊(duì)列；當(dāng)進(jìn)程由I/O操作完成而進(jìn)入就緒狀態(tài)時(shí)，排入高優(yōu)先級隊(duì)列。
- 運(yùn)行狀態(tài)：進(jìn)程占用處理器資源；處于此狀態(tài)的進(jìn)程的數(shù)目小于等于處理器的數(shù)目。在沒有其他進(jìn)程可以 執(zhí)行時(shí)(如所有進(jìn)程都在阻塞狀態(tài))，通常會自動執(zhí)行系統(tǒng)的空閑進(jìn)程。
- 阻塞狀態(tài)：由于進(jìn)程等待某種條件（如I/O操作或進(jìn)程同步），在條件滿足之前無法繼續(xù)執(zhí)行。該事件發(fā)生 前即使把處理機(jī)分配給該進(jìn)程，也無法運(yùn)行。
3. 進(jìn)程和程序的區(qū)別？
- 程序是指令和數(shù)據(jù)的有序集合，是一個(gè)靜態(tài)的概念。而進(jìn)程是程序在處理機(jī)上的一次執(zhí)行過程，它是一個(gè) 動態(tài)的概念。
- 程序可以作為一種軟件資料長期存在，而進(jìn)程是有一定生命期的。程序是永久的，進(jìn)程是暫時(shí)的。
- 進(jìn)程是由進(jìn)程控制塊、程序段、數(shù)據(jù)段三部分組成;
- 進(jìn)程具有創(chuàng)建其他進(jìn)程的功能，而程序沒有。
- 同一程序同時(shí)運(yùn)行于若干個(gè)數(shù)據(jù)集合上，它將屬于若干個(gè)不同的進(jìn)程，也就是說同一程序可以對應(yīng)多個(gè)進(jìn) 程。
- 在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，程序并不能獨(dú)立運(yùn)行，作為資源分配和獨(dú)立運(yùn)行的基本單元都是進(jìn)程。
二、進(jìn)程的查看與監(jiān)控
在 Linux 系統(tǒng)中，了解進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)是系統(tǒng)管理和調(diào)試的重要環(huán)節(jié)。就像一位交通警察需要時(shí)刻了解道路上車輛的行駛情況一樣，系統(tǒng)管理員和開發(fā)者需要通過各種工具來查看和監(jiān)控進(jìn)程。下面我們就來介紹幾個(gè)常用的命令。
1. ps命令
ps 命令就像是進(jìn)程世界的 “普查員”，它可以讓我們查看系統(tǒng)中正在運(yùn)行的進(jìn)程的詳細(xì)信息。通過不同的選項(xiàng)組合，ps 命令能夠展現(xiàn)出進(jìn)程的豐富細(xì)節(jié)。
比如，使用ps -aux命令，它會列出系統(tǒng)中所有用戶的進(jìn)程信息。這里的a表示顯示所有用戶的進(jìn)程（包括其他用戶的進(jìn)程），u是以用戶友好的格式顯示進(jìn)程信息（包括用戶名、CPU 和內(nèi)存使用率等詳細(xì)信息），x表示顯示沒有控制終端的進(jìn)程（通常是后臺進(jìn)程） 。在我的 Linux 服務(wù)器上執(zhí)行這個(gè)命令，得到的部分輸出如下：
USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND
root 1 0.0 0.1 16120 3340? Ss 08:21 0:01 /sbin/init splash
root 2 0.0 0.0 0 0? S 08:21 0:00 [kthreadd]
root 3 0.0 0.0 0 0? S 08:21 0:00 [ksoftirqd/0]在這些輸出信息中，USER表示進(jìn)程所屬的用戶；PID是進(jìn)程的唯一標(biāo)識符；%CPU顯示進(jìn)程使用的 CPU 百分比；%MEM是進(jìn)程使用的內(nèi)存百分比；VSZ代表進(jìn)程使用的虛擬內(nèi)存大?。▎挝唬篕B）；RSS是進(jìn)程使用的物理內(nèi)存大?。▎挝唬篕B）；TTY表示進(jìn)程所連接的終端設(shè)備；STAT是進(jìn)程狀態(tài)，常見的如S表示睡眠態(tài)，R表示運(yùn)行態(tài)等；START是進(jìn)程啟動時(shí)間；TIME是進(jìn)程占用 CPU 的累計(jì)時(shí)間；COMMAND則是啟動進(jìn)程的命令名稱和參數(shù)。
而ps -ef命令同樣用于顯示所有進(jìn)程的詳細(xì)信息，這里的-e表示顯示所有進(jìn)程，包括其他用戶的進(jìn)程，-f是以完整格式顯示進(jìn)程信息 。它的輸出格式與ps -aux略有不同，但包含的核心信息是一致的。例如：
UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD
root 1 0 0 08:21? 00:00:01 /sbin/init splash
root 2 0 0 08:21? 00:00:00 [kthreadd]
root 3 2 0 08:21? 00:00:00 [ksoftirqd/0]其中，UID是進(jìn)程所有者的用戶 ID，PPID是父進(jìn)程 ID，C表示 CPU 使用率，STIME是進(jìn)程啟動時(shí)間，TTY是進(jìn)程關(guān)聯(lián)的終端設(shè)備，TIME是進(jìn)程占用的 CPU 時(shí)間，CMD是啟動進(jìn)程的命令名稱和參數(shù)。通過這些信息，我們可以清晰地了解每個(gè)進(jìn)程的基本情況。
2. top命令
top 命令則像是一個(gè) “實(shí)時(shí)監(jiān)控器”，它為我們提供了系統(tǒng)進(jìn)程的動態(tài)實(shí)時(shí)視圖，讓我們可以實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)中各個(gè)進(jìn)程的資源占用狀況，就像在觀看一場實(shí)時(shí)的比賽直播一樣，隨時(shí)掌握進(jìn)程的 “戰(zhàn)況”。
當(dāng)我們在命令行輸入top命令后，會看到一個(gè)動態(tài)更新的界面，它每隔一段時(shí)間（默認(rèn) 3 秒）就會自動刷新，展示最新的進(jìn)程狀態(tài)。界面的頂部顯示了系統(tǒng)的一些關(guān)鍵信息，如系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間、當(dāng)前登錄用戶數(shù)、系統(tǒng)負(fù)載（load average）等 。接下來是進(jìn)程統(tǒng)計(jì)信息，包括總進(jìn)程數(shù)、正在運(yùn)行的進(jìn)程數(shù)、睡眠的進(jìn)程數(shù)、停止的進(jìn)程數(shù)和僵尸進(jìn)程數(shù)等。再下面是 CPU 使用情況的詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，包括用戶空間占用 CPU 百分比、內(nèi)核空間占用 CPU 百分比、空閑 CPU 百分比等 。還有內(nèi)存和交換分區(qū)的使用情況統(tǒng)計(jì)。
在 top 命令的交互界面中，我們可以通過一些按鍵來進(jìn)行各種操作。比如，按下P鍵，進(jìn)程列表會按照 CPU 使用率從高到低進(jìn)行排序，這樣我們就能快速找到那些 “吃 CPU 大戶” 的進(jìn)程；按下M鍵，會按照內(nèi)存使用率排序，幫助我們定位占用內(nèi)存較多的進(jìn)程；按下N鍵，會以 PID 排序 。如果我們想要監(jiān)控特定用戶的進(jìn)程，可以按下u鍵，然后輸入用戶名，界面就會只顯示該用戶的進(jìn)程。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)某個(gè)進(jìn)程占用資源過高且不需要它繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，可以按下k鍵，然后輸入該進(jìn)程的 PID，再按下回車鍵，就可以終止該進(jìn)程（默認(rèn)發(fā)送的是 15 信號，即正常終止進(jìn)程，如果進(jìn)程沒有響應(yīng)，可以再次輸入 9，發(fā)送強(qiáng)制終止信號） 。按下q鍵則可以退出 top 命令界面。
3. pstree命令
pstree 命令就像是一位 “家族譜繪制師”，它以樹狀結(jié)構(gòu)展示進(jìn)程之間的關(guān)系，讓我們可以一目了然地看到各個(gè)進(jìn)程之間的父子關(guān)系，就像查看一個(gè)家族的族譜一樣清晰。
當(dāng)我們執(zhí)行pstree命令時(shí)，它會以init進(jìn)程（在 systemd 系統(tǒng)中通常是systemd進(jìn)程）為根節(jié)點(diǎn)，展示整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)程樹。例如，在我的系統(tǒng)上執(zhí)行pstree命令，得到的部分輸出如下：
systemd─┬─ModemManager───2*[{ModemManager}]
├─NetworkManager─┬─dhclient
│ ├─dnsmasq───2*[{dnsmasq}]
│ └─2*[{NetworkManager}]
├─agetty
├─atd
├─auditd───{auditd}
├─chronyd從這個(gè)輸出中，我們可以清晰地看到systemd是很多進(jìn)程的父進(jìn)程，比如ModemManager、NetworkManager等，而NetworkManager又有自己的子進(jìn)程，如dhclient、dnsmasq等 。如果我們想要查看某個(gè)特定進(jìn)程 ID 的進(jìn)程樹，可以使用pstree -p PID的形式，其中PID是具體的進(jìn)程 ID。例如，pstree -p 1會以init進(jìn)程（PID 通常為 1）為根節(jié)點(diǎn)，展示其完整的進(jìn)程樹，并在每個(gè)進(jìn)程名稱旁邊顯示其 PID 。如果我們只想查看某個(gè)用戶的所有進(jìn)程及其關(guān)系，可以使用pstree -u username的形式，其中username是具體的用戶名。
三、進(jìn)程的控制與管理
1. 進(jìn)程的啟動與終止
在 Linux 系統(tǒng)中，啟動進(jìn)程是一項(xiàng)常見的操作。最基本的方式就是在命令行直接輸入命令并回車，此時(shí)進(jìn)程會在前臺運(yùn)行 。例如，輸入ls命令，系統(tǒng)會立即列出當(dāng)前目錄下的文件和文件夾，在這個(gè)過程中，命令行被該進(jìn)程占用，直到ls命令執(zhí)行完畢，才會返回命令提示符，在此期間我們無法在同一命令行執(zhí)行其他命令。
造成進(jìn)程產(chǎn)生的主要事件有：
- 系統(tǒng)初始化
- 執(zhí)行進(jìn)程創(chuàng)立程序
- 用戶請求創(chuàng)立新進(jìn)程
造成進(jìn)程消亡的事件：
- 進(jìn)程運(yùn)行完成而退出。
- 進(jìn)程因錯(cuò)誤而自行退出
- 進(jìn)程被其他進(jìn)程所終止
- 進(jìn)程因異常而被強(qiáng)行終結(jié)
如果我們希望命令在后臺運(yùn)行，不占用命令行，以便可以同時(shí)執(zhí)行其他操作，可以在命令后面加上&符號 。比如，我們想要運(yùn)行一個(gè)長時(shí)間的計(jì)算任務(wù)，如python long_computation.py &，這樣該 Python 腳本就會在后臺啟動，命令行馬上返回提示符，我們可以繼續(xù)執(zhí)行其他命令 。通過這種方式，多個(gè)命令可以并行執(zhí)行，提高了工作效率。需要注意的是，使用&符號將命令放到后臺運(yùn)行后，該進(jìn)程的父進(jìn)程還是當(dāng)前終端 shell 的進(jìn)程。一旦父進(jìn)程退出，它會發(fā)送 hangup 信號給所有子進(jìn)程，子進(jìn)程收到 hangup 信號以后也會退出。
對于已經(jīng)在前臺執(zhí)行的命令，如果想要將其放到后臺運(yùn)行，可以先按下Ctrl+Z組合鍵暫停該進(jìn)程，然后使用bg命令將其放到后臺繼續(xù)運(yùn)行 。例如，我們在前臺執(zhí)行vim編輯文件時(shí)，突然需要執(zhí)行其他命令，就可以按下Ctrl+Z暫停vim進(jìn)程，然后輸入bg命令將vim放到后臺，此時(shí)可以執(zhí)行其他命令。若要將后臺進(jìn)程恢復(fù)到前臺運(yùn)行，可以使用fg命令，加上對應(yīng)的作業(yè)編號，作業(yè)編號可以通過jobs命令查看，jobs命令會顯示所有暫停以及后臺執(zhí)行的命令及其編號。
當(dāng)我們不再需要某個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，就需要終止它。在 Linux 中，常用kill命令和killall命令來終止進(jìn)程 。kill命令用于終止指定進(jìn)程 ID（PID）的進(jìn)程。首先，我們需要通過ps等命令獲取要終止進(jìn)程的 PID，例如ps -aux | grep process_name，然后使用kill PID來終止該進(jìn)程。如果進(jìn)程比較頑固，無法通過正常方式終止，可以使用kill -9 PID來強(qiáng)制終止，-9表示發(fā)送 SIGKILL 信號，這是一種強(qiáng)制終止進(jìn)程的方式，進(jìn)程無法忽略該信號，但可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失等問題，所以要謹(jǐn)慎使用 。比如，當(dāng)一個(gè)程序出現(xiàn)死鎖或者無響應(yīng)時(shí)，我們可以使用kill -9來結(jié)束它。
killall命令則是根據(jù)進(jìn)程名稱來終止所有匹配該名稱的進(jìn)程 。它的使用相對簡單，不需要先查找進(jìn)程 ID，直接使用killall process_name即可。例如，要終止所有的nginx進(jìn)程，只需輸入killall nginx 。不過，使用killall命令時(shí)要特別小心，因?yàn)樗鼤K止所有匹配名稱的進(jìn)程，如果名稱不唯一，可能會誤殺其他有用的進(jìn)程。
2. 進(jìn)程優(yōu)先級調(diào)整
進(jìn)程優(yōu)先級決定了進(jìn)程在競爭系統(tǒng)資源（如 CPU 時(shí)間）時(shí)的先后順序。在 Linux 系統(tǒng)中，進(jìn)程優(yōu)先級的范圍是 -20 到 19，數(shù)值越小優(yōu)先級越高 。例如，一個(gè)優(yōu)先級為 -10 的進(jìn)程會比優(yōu)先級為 5 的進(jìn)程更優(yōu)先獲得 CPU 時(shí)間。
我們可以通過ps -l命令查看進(jìn)程的優(yōu)先級相關(guān)信息，其中PRI字段表示進(jìn)程的實(shí)際優(yōu)先級，NI字段表示進(jìn)程的 nice 值 。nice 值不是進(jìn)程的優(yōu)先級本身，而是用于調(diào)整優(yōu)先級的修正數(shù)據(jù)，進(jìn)程的實(shí)際優(yōu)先級（PRI）會根據(jù) nice 值進(jìn)行調(diào)整，計(jì)算公式為PRI = PRI(old) + nice，通常初始的 PRI 值為 80 。比如，一個(gè)進(jìn)程的 nice 值為 0，那么它的實(shí)際優(yōu)先級 PRI 就是 80；如果將其 nice 值調(diào)整為 5，那么新的實(shí)際優(yōu)先級 PRI 就變?yōu)?85，優(yōu)先級相對降低。
如果想要改變進(jìn)程的優(yōu)先級，可以使用nice命令和renice命令 。nice命令主要用于在啟動進(jìn)程時(shí)設(shè)置其優(yōu)先級。例如，我們要以較高的優(yōu)先級啟動一個(gè)top命令來實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)資源，可以使用nice -n -10 top，這里-n選項(xiàng)后面的 -10 表示設(shè)置的 nice 值，數(shù)值越小優(yōu)先級越高 。這樣啟動的top進(jìn)程就會比普通啟動的top進(jìn)程更優(yōu)先獲得 CPU 資源，能更及時(shí)地反映系統(tǒng)狀態(tài)。
renice命令則用于修改已經(jīng)在運(yùn)行的進(jìn)程的優(yōu)先級 。假設(shè)我們有一個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程，其 PID 為 12345，現(xiàn)在想要將它的優(yōu)先級降低，可以使用renice -n 5 12345，這會將該進(jìn)程的 nice 值設(shè)置為 5，從而調(diào)整其實(shí)際優(yōu)先級 。在實(shí)際應(yīng)用中，比如當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)某個(gè)后臺進(jìn)程占用過多 CPU 資源，影響到其他更重要的進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，就可以使用renice命令降低它的優(yōu)先級，確保系統(tǒng)資源能合理分配給各個(gè)進(jìn)程。
3. 進(jìn)程間通信
在 Linux 系統(tǒng)中，多個(gè)進(jìn)程常常需要相互協(xié)作、交換信息，這就需要進(jìn)程間通信（IPC，Inter-Process Communication）機(jī)制 。比如，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進(jìn)程可能需要與多個(gè)客戶端進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，一個(gè)圖形界面程序可能需要與后臺的數(shù)據(jù)處理進(jìn)程通信來獲取和展示數(shù)據(jù)。下面介紹幾種常見的進(jìn)程間通信方式。
(1) 管道（Pipe）
管道是一種半雙工的通信方式，數(shù)據(jù)只能單向流動，而且通常只能在具有親緣關(guān)系（如父子進(jìn)程）的進(jìn)程間使用 。它在內(nèi)核中維護(hù)了一塊內(nèi)存作為緩沖區(qū)，有讀端和寫端 。我們可以使用pipe函數(shù)創(chuàng)建無名管道，父進(jìn)程創(chuàng)建管道后通過fork子進(jìn)程，子進(jìn)程會繼承父進(jìn)程的管道文件描述符，從而實(shí)現(xiàn)父子進(jìn)程間的通信 。例如，父進(jìn)程向管道寫端寫入數(shù)據(jù)，子進(jìn)程從管道讀端讀取數(shù)據(jù)。
管道的讀寫遵循一定規(guī)則，當(dāng)管道的寫端不存在時(shí)，讀操作會認(rèn)為已經(jīng)讀到數(shù)據(jù)末尾，返回的讀出字節(jié)數(shù)為 0；當(dāng)管道的寫端存在時(shí)，如果請求讀取的字節(jié)數(shù)目大于管道緩沖區(qū)的大?。≒IPE_BUF），則返回管道中現(xiàn)有的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，如果請求的字節(jié)數(shù)目不大于 PIPE_BUF，則返回管道中現(xiàn)有數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)（當(dāng)管道中數(shù)據(jù)量小于請求的數(shù)據(jù)量時(shí)）或者返回請求的字節(jié)數(shù)（當(dāng)管道中數(shù)據(jù)量不小于請求的數(shù)據(jù)量時(shí)） 。向管道中寫入數(shù)據(jù)時(shí)，如果管道緩沖區(qū)已滿，寫操作將一直阻塞，直到有數(shù)據(jù)被讀取，緩沖區(qū)有空閑空間 。例如：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
int main(void) {
char buf[32] = {0};
pid_t pid;
int fd[2];
// 創(chuàng)建無名管道
if (pipe(fd) == -1) {
perror("pipe");
return 1;
}
pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork");
return 1;
} else if (pid > 0) {
// 父進(jìn)程
close(fd[0]); // 關(guān)閉讀端
write(fd[1], "hello", 5); // 向?qū)懚藢懭霐?shù)據(jù)
close(fd[1]); // 關(guān)閉寫端
wait(NULL); // 等待子進(jìn)程結(jié)束
} else {
// 子進(jìn)程
close(fd[1]); // 關(guān)閉寫端
read(fd[0], buf, 32); // 從讀端讀取數(shù)據(jù)
printf("buf is %s\n", buf);
close(fd[0]); // 關(guān)閉讀端
}
return 0;
}在這個(gè)例子中，父進(jìn)程創(chuàng)建管道后，通過fork創(chuàng)建子進(jìn)程，然后父進(jìn)程關(guān)閉讀端，向?qū)懚藢懭?“hello”，子進(jìn)程關(guān)閉寫端，從讀端讀取數(shù)據(jù)并打印。
(2) 命名管道（Named Pipe，F(xiàn)IFO）
命名管道也是半雙工的通信方式，但它允許無親緣關(guān)系的進(jìn)程間通信 。它的實(shí)質(zhì)是內(nèi)核維護(hù)的一塊內(nèi)存，表現(xiàn)為一個(gè)有名字的文件 。我們可以使用mkfifo函數(shù)創(chuàng)建命名管道，不同進(jìn)程通過打開同一個(gè)命名管道文件來進(jìn)行通信 。比如，一個(gè)進(jìn)程以寫模式打開命名管道，另一個(gè)進(jìn)程以讀模式打開，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸 。例如，有兩個(gè)進(jìn)程writer.c和reader.c，writer.c負(fù)責(zé)向命名管道寫入數(shù)據(jù)，reader.c負(fù)責(zé)從命名管道讀取數(shù)據(jù)：
// writer.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main() {
int fd;
char cont_w[] = "hello sundy";
// 創(chuàng)建命名管道
if (mkfifo("myfifo", 0666) == -1) {
perror("mkfifo");
return 1;
}
// 以寫模式打開命名管道
fd = open("myfifo", O_WRONLY);
if (fd == -1) {
perror("open");
return 1;
}
write(fd, cont_w, sizeof(cont_w));
close(fd);
return 0;
}
// reader.c
/*
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main() {
int fd;
char buf[32] = {0};
// 以讀模式打開命名管道
fd = open("myfifo", O_RDONLY);
if (fd == -1) {
perror("open");
return 1;
}
read(fd, buf, sizeof(buf));
printf("buf is %s\n", buf);
close(fd);
return 0;
} */在這個(gè)例子中，writer.c創(chuàng)建命名管道 “myfifo” 并寫入數(shù)據(jù)，reader.c打開該命名管道讀取數(shù)據(jù)并打印。
(3) 共享內(nèi)存（Shared Memory）
共享內(nèi)存是一種高效的進(jìn)程間通信方式，它允許多個(gè)進(jìn)程直接訪問同一塊內(nèi)存區(qū)域 。共享內(nèi)存的實(shí)現(xiàn)是通過將內(nèi)存段映射到共享它的進(jìn)程的地址空間，這樣進(jìn)程間的數(shù)據(jù)傳送不再需要通過內(nèi)核進(jìn)行多次數(shù)據(jù)復(fù)制，大大提高了通信效率 。使用共享內(nèi)存時(shí)，通常需要配合信號量等機(jī)制來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和互斥，防止多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問共享內(nèi)存時(shí)出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突 。例如，一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建共享內(nèi)存段并寫入數(shù)據(jù)，其他進(jìn)程可以通過映射該共享內(nèi)存段來讀取數(shù)據(jù) 。下面是一個(gè)簡單的示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <unistd.h>
#define SHM_SIZE 1024
int main() {
key_t key;
int shmid;
char *shm, *s;
// 生成一個(gè)唯一的鍵值
key = ftok(".", 'a');
if (key == -1) {
perror("ftok");
return 1;
}
// 創(chuàng)建共享內(nèi)存段
shmid = shmget(key, SHM_SIZE, IPC_CREAT | 0666);
if (shmid == -1) {
perror("shmget");
return 1;
}
// 將共享內(nèi)存段映射到進(jìn)程地址空間
shm = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
if (shm == (char *)-1) {
perror("shmat");
return 1;
}
s = shm;
// 向共享內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)
for (int i = 0; i < 10; i++) {
sprintf(s, "This is %d\n", i);
s += strlen(s);
}
// 等待其他進(jìn)程讀取數(shù)據(jù)
while (*shm != '*') {
sleep(1);
}
// 取消映射
if (shmdt(shm) == -1) {
perror("shmdt");
return 1;
}
// 刪除共享內(nèi)存段
if (shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL) == -1) {
perror("shmctl");
return 1;
}
return 0;
}
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <unistd.h>
#define SHM_SIZE 1024
int main() {
key_t key;
int shmid;
char *shm, *s;
// 生成相同的鍵值
key = ftok(".", 'a');
if (key == -1) {
perror("ftok");
return 1;
}
// 獲取共享內(nèi)存段
shmid = shmget(key, SHM_SIZE, 0666);
if (shmid == -1) {
perror("shmget");
return 1;
}
// 將共享內(nèi)存段映射到進(jìn)程地址空間
shm = (char *)shmat(shmid, NULL, 0);
if (shm == (char *)-1) {
perror("shmat");
return 1;
}
// 從共享內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)
s = shm;
while (*s != '\0') {
printf("%s", s);
s += strlen(s);
}
// 標(biāo)記數(shù)據(jù)已讀取
*shm = '*';
// 取消映射
if (shmdt(shm) == -1) {
perror("shmdt");
return 1;
}
return 0;
}在這個(gè)示例中，第一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建共享內(nèi)存并寫入數(shù)據(jù)，然后等待第二個(gè)進(jìn)程讀取數(shù)據(jù)并標(biāo)記，第二個(gè)進(jìn)程獲取共享內(nèi)存并讀取數(shù)據(jù)，讀取完成后標(biāo)記數(shù)據(jù)已讀取。
(4) 消息隊(duì)列（Message Queue）
消息隊(duì)列是由消息的鏈表組成，存放在內(nèi)核中并由消息隊(duì)列標(biāo)識符標(biāo)識 。它克服了信號傳遞信息少、管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺點(diǎn) 。進(jìn)程可以向消息隊(duì)列發(fā)送消息，也可以從消息隊(duì)列接收消息 。消息隊(duì)列中的消息具有類型，接收進(jìn)程可以根據(jù)消息類型有選擇地接收消息 。例如，在一個(gè)多進(jìn)程協(xié)作的系統(tǒng)中，不同的進(jìn)程可以根據(jù)自己的需求向消息隊(duì)列發(fā)送不同類型的消息，其他進(jìn)程可以根據(jù)自身需要從消息隊(duì)列中獲取特定類型的消息進(jìn)行處理 。下面是一個(gè)簡單的消息隊(duì)列使用示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
#define MSG_SIZE 128
// 消息結(jié)構(gòu)
typedef struct msgbuf {
long mtype;
char mtext[MSG_SIZE];
} msgbuf;
int main() {
key_t key;
int msgid;
msgbuf msg;
// 生成一個(gè)唯一的鍵值
key = ftok(".", 'b');
if (key == -1) {
perror("ftok");
return 1;
}
// 創(chuàng)建消息隊(duì)列
msgid = msgget(key, IPC_CREAT | 0666);
if (msgid == -1) {
perror("msgget");
return 1;
}
// 填充消息
msg.mtype = 1;
strcpy(msg.mtext, "Hello, message queue!");
// 發(fā)送消息
if (msgsnd(msgid, &msg, strlen(msg.mtext) + 1, 0) == -1) {
perror("msgsnd");
return 1;
}
printf("Message sent.\n");
return 0;
}#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>
#include <string.h>
#define MSG_SIZE 128
// 消息結(jié)構(gòu)
typedef struct msgbuf {
long mtype;
char mtext[MSG_SIZE];
} msgbuf;
int main() {
key_t key;
int msgid;
msgbuf msg;
// 生成相同的鍵值
key = ftok(".", 'b');
if (key == -1) {
perror("ftok");
return 1;
}
// 獲取消息隊(duì)列
msgid = msgget(key, 0666);
if (msgid == -1) {
perror("msgget");
return 1;
}
// 接收消息
if (msgrcv(msgid, &msg, MSG_SIZE, 1, 0) == -1) {
perror("msgrcv");
return 1;
}
printf("Received message: %s\n", msg.mtext);
return 0;
}在這個(gè)示例中，第一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建消息隊(duì)列并發(fā)送一條類型
四、特殊進(jìn)程剖析
1. 守護(hù)進(jìn)程
守護(hù)進(jìn)程，也被稱為精靈進(jìn)程，是 Linux 系統(tǒng)中一類特殊的進(jìn)程，它們?nèi)缤刈o(hù)系統(tǒng)的 “幕后英雄”，在后臺持續(xù)運(yùn)行，執(zhí)行著各種重要的系統(tǒng)任務(wù) 。與普通進(jìn)程不同，守護(hù)進(jìn)程脫離于終端運(yùn)行，這意味著它們不受終端的控制，也不會在終端上顯示輸出信息，即使終端關(guān)閉，守護(hù)進(jìn)程依然能夠繼續(xù)運(yùn)行 。就像一位忠誠的守衛(wèi)，無論周圍環(huán)境如何變化，始終堅(jiān)守崗位。
守護(hù)進(jìn)程具有一些顯著的特點(diǎn)。首先，它們在后臺長期運(yùn)行，通常在系統(tǒng)啟動時(shí)就被自動啟動，并且一直持續(xù)運(yùn)行到系統(tǒng)關(guān)閉 。比如，系統(tǒng)日志守護(hù)進(jìn)程syslogd，它負(fù)責(zé)收集和記錄系統(tǒng)中的各種日志信息，從系統(tǒng)啟動的那一刻起，它就開始默默地工作，記錄著系統(tǒng)運(yùn)行過程中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，為系統(tǒng)管理員提供了重要的故障排查和系統(tǒng)監(jiān)控依據(jù) 。其次，守護(hù)進(jìn)程沒有控制終端，這使得它們能夠獨(dú)立運(yùn)行，不依賴于用戶的交互操作 。
例如，網(wǎng)絡(luò)守護(hù)進(jìn)程sshd，它允許用戶通過 SSH 協(xié)議遠(yuǎn)程登錄到系統(tǒng)，即使沒有用戶在本地終端進(jìn)行操作，sshd依然在后臺監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)端口，等待用戶的連接請求，保障了遠(yuǎn)程管理的便捷性 。另外，守護(hù)進(jìn)程通常以系統(tǒng)權(quán)限運(yùn)行，這賦予了它們訪問系統(tǒng)關(guān)鍵資源和執(zhí)行重要任務(wù)的能力 。比如，cron守護(hù)進(jìn)程，它負(fù)責(zé)執(zhí)行周期性的任務(wù)，如定時(shí)備份文件、更新系統(tǒng)軟件等，需要具備足夠的權(quán)限來操作相關(guān)的文件和目錄 。
在 Linux 系統(tǒng)中，有許多常見的守護(hù)進(jìn)程。除了前面提到的syslogd、sshd和cron，還有httpd（Apache Web 服務(wù)器守護(hù)進(jìn)程），它負(fù)責(zé)處理 Web 服務(wù)器的請求，使得我們能夠在瀏覽器中訪問網(wǎng)站；mysqld（MySQL 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器守護(hù)進(jìn)程），它管理著 MySQL 數(shù)據(jù)庫，為各種應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)存儲和檢索服務(wù) 。這些守護(hù)進(jìn)程在系統(tǒng)中各司其職，共同維持著系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 。
對于守護(hù)進(jìn)程的管理，我們可以使用不同的工具和方法 。在基于 Systemd 的系統(tǒng)中，使用systemctl命令來管理守護(hù)進(jìn)程非常方便 。比如，要啟動httpd守護(hù)進(jìn)程，可以使用systemctl start httpd命令；要停止它，使用systemctl stop httpd命令；要查看其狀態(tài)，使用systemctl status httpd命令 。如果希望httpd守護(hù)進(jìn)程在系統(tǒng)啟動時(shí)自動啟動，可以使用systemctl enable httpd命令；如果不想讓它自動啟動，則使用systemctl disable httpd命令 。另外，對于一些簡單的守護(hù)進(jìn)程，我們也可以使用nohup命令來啟動，它可以讓進(jìn)程在后臺運(yùn)行，并且忽略掛斷信號 。
例如，nohup my_daemon &可以將my_daemon這個(gè)守護(hù)進(jìn)程在后臺啟動，輸出信息會被重定向到nohup.out文件中 。還有supervisor，它是一個(gè)功能強(qiáng)大的進(jìn)程管理工具，可以方便地管理和監(jiān)控守護(hù)進(jìn)程 。通過配置supervisor的配置文件，我們可以定義守護(hù)進(jìn)程的啟動命令、自動重啟策略、日志輸出等 。比如，在/etc/supervisor/conf.d/目錄下創(chuàng)建一個(gè)守護(hù)進(jìn)程的配置文件，然后使用supervisorctl命令來啟動、停止、重啟守護(hù)進(jìn)程，還可以查看其狀態(tài)和日志 。
2. 僵尸進(jìn)程與孤兒進(jìn)程
在 Linux 進(jìn)程的世界里，僵尸進(jìn)程和孤兒進(jìn)程是兩種比較特殊的進(jìn)程狀態(tài)，它們有著獨(dú)特的產(chǎn)生原因和特點(diǎn)。
僵尸進(jìn)程是指子進(jìn)程已經(jīng)終止運(yùn)行，但父進(jìn)程沒有調(diào)用wait或waitpid函數(shù)來獲取子進(jìn)程的退出狀態(tài)信息，此時(shí)子進(jìn)程就會變成僵尸進(jìn)程 。簡單來說，就像孩子已經(jīng)長大離開家（子進(jìn)程結(jié)束），但家長（父進(jìn)程）卻沒有去了解孩子的情況，孩子就一直處于一種 “懸而未決” 的狀態(tài) 。
從系統(tǒng)的角度看，僵尸進(jìn)程雖然已經(jīng)不再占用 CPU 等運(yùn)行資源，但它的進(jìn)程描述符仍然保留在系統(tǒng)中，占用著進(jìn)程表的一個(gè)位置 。這就好比一個(gè)已經(jīng)畢業(yè)的學(xué)生，雖然不再在學(xué)校上課（不占用運(yùn)行資源），但學(xué)校的學(xué)籍系統(tǒng)里還保留著他的學(xué)籍信息（占用進(jìn)程表位置） 。如果系統(tǒng)中存在大量的僵尸進(jìn)程，會導(dǎo)致進(jìn)程號資源被大量占用，因?yàn)橄到y(tǒng)所能使用的進(jìn)程號是有限的，當(dāng)進(jìn)程號耗盡時(shí)，系統(tǒng)將無法創(chuàng)建新的進(jìn)程，這會對系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響 。
例如，我們來看下面這段 C 代碼：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork");
exit(1);
} else if (pid == 0) {
// 子進(jìn)程
printf("Child process, PID: %d\n", getpid());
exit(0);
} else {
// 父進(jìn)程
printf("Parent process, PID: %d\n", getpid());
while (1) {
sleep(1);
}
}
return 0;
}在這段代碼中，父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程后，子進(jìn)程很快退出，但父進(jìn)程沒有調(diào)用wait或waitpid來處理子進(jìn)程的退出，此時(shí)子進(jìn)程就會變成僵尸進(jìn)程 。我們可以通過ps -aux命令查看進(jìn)程狀態(tài)，會發(fā)現(xiàn)處于僵尸狀態(tài)的子進(jìn)程，其狀態(tài)字段顯示為Z 。
為了避免僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生，我們可以采取一些措施 。一種方法是在父進(jìn)程中調(diào)用wait或waitpid函數(shù)來等待子進(jìn)程的結(jié)束，并獲取其退出狀態(tài)信息 。wait函數(shù)會使父進(jìn)程阻塞，直到有子進(jìn)程結(jié)束；waitpid函數(shù)則更加靈活，可以指定等待特定的子進(jìn)程，并且可以設(shè)置非阻塞模式 。例如：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork");
exit(1);
} else if (pid == 0) {
// 子進(jìn)程
printf("Child process, PID: %d\n", getpid());
exit(0);
} else {
// 父進(jìn)程
printf("Parent process, PID: %d\n", getpid());
int status;
waitpid(pid, &status, 0);
printf("Child process has exited\n");
}
return 0;
}在這個(gè)改進(jìn)的代碼中，父進(jìn)程調(diào)用了waitpid函數(shù)等待子進(jìn)程結(jié)束，這樣就不會產(chǎn)生僵尸進(jìn)程 。
另一種避免僵尸進(jìn)程的方法是利用信號機(jī)制 。當(dāng)子進(jìn)程結(jié)束時(shí)，會向父進(jìn)程發(fā)送SIGCHLD信號，我們可以在父進(jìn)程中注冊SIGCHLD信號的處理函數(shù)，在處理函數(shù)中調(diào)用wait或waitpid來處理子進(jìn)程的退出 。例如：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
void sigchld_handler(int signo) {
pid_t pid;
int status;
while ((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {
printf("Child process %d has exited\n", pid);
}
}
int main() {
struct sigaction sa;
sa.sa_handler = sigchld_handler;
sigemptyset(&sa.sa_mask);
sa.sa_flags = SA_RESTART;
if (sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL) == -1) {
perror("sigaction");
exit(1);
}
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork");
exit(1);
} else if (pid == 0) {
// 子進(jìn)程
printf("Child process, PID: %d\n", getpid());
exit(0);
} else {
// 父進(jìn)程
printf("Parent process, PID: %d\n", getpid());
while (1) {
sleep(1);
}
}
return 0;
}在這段代碼中，通過sigaction函數(shù)注冊了SIGCHLD信號的處理函數(shù)sigchld_handler，當(dāng)子進(jìn)程結(jié)束時(shí)，會調(diào)用該處理函數(shù)來處理子進(jìn)程的退出，從而避免了僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生 。
孤兒進(jìn)程則是指父進(jìn)程在子進(jìn)程之前退出，導(dǎo)致子進(jìn)程失去了父進(jìn)程的管理，此時(shí)子進(jìn)程就成為了孤兒進(jìn)程 。這就像孩子還在成長（子進(jìn)程還在運(yùn)行），但家長卻提前離開了（父進(jìn)程先退出） 。在 Linux 系統(tǒng)中，孤兒進(jìn)程會被init進(jìn)程（在 systemd 系統(tǒng)中通常是systemd進(jìn)程）收養(yǎng)，init進(jìn)程會負(fù)責(zé)回收孤兒進(jìn)程的資源 。例如，下面這段代碼：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork");
exit(1);
} else if (pid == 0) {
// 子進(jìn)程
printf("Child process, PID: %d, PPID: %d\n", getpid(), getppid());
sleep(5);
printf("Child process, PID: %d, PPID: %d\n", getpid(), getppid());
} else {
// 父進(jìn)程
printf("Parent process, PID: %d\n", getpid());
exit(0);
}
return 0;
}在這個(gè)例子中，父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程后立即退出，子進(jìn)程在睡眠 5 秒前后查看自己的父進(jìn)程 ID，會發(fā)現(xiàn)父進(jìn)程 ID 變成了init進(jìn)程的 ID（通常為 1），說明子進(jìn)程已經(jīng)被init進(jìn)程收養(yǎng)，成為了孤兒進(jìn)程 。
孤兒進(jìn)程本身對系統(tǒng)并沒有太大的危害，因?yàn)閕nit進(jìn)程會妥善處理它們的資源回收 。但在某些情況下，我們可能需要對孤兒進(jìn)程進(jìn)行特殊的處理或監(jiān)控 。比如，如果我們希望在孤兒進(jìn)程中執(zhí)行一些特定的清理操作，可以在子進(jìn)程中檢測父進(jìn)程是否已經(jīng)退出，如果發(fā)現(xiàn)父進(jìn)程退出，就執(zhí)行相應(yīng)的清理代碼 。例如：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork");
exit(1);
} else if (pid == 0) {
// 子進(jìn)程
sleep(1);
if (getppid() == 1) {
printf("I am an orphan process. Performing clean-up...\n");
// 執(zhí)行清理操作
}
while (1) {
sleep(1);
}
} else {
// 父進(jìn)程
printf("Parent process, PID: %d\n", getpid());
exit(0);
}
return 0;
}在這段代碼中，子進(jìn)程在睡眠 1 秒后檢查自己的父進(jìn)程 ID，如果發(fā)現(xiàn)父進(jìn)程 ID 為 1，說明自己成為了孤兒進(jìn)程，然后執(zhí)行相應(yīng)的清理操作 。
五、Linux進(jìn)程實(shí)戰(zhàn)演練
1. 案例一：優(yōu)化系統(tǒng)性能
在日常的 Linux 系統(tǒng)運(yùn)維中，我們常常會遇到系統(tǒng)性能下降的情況，這時(shí)候就需要通過各種手段來找出問題所在并進(jìn)行優(yōu)化。其中，找出占用資源高的進(jìn)程并進(jìn)行相應(yīng)處理是一個(gè)重要的優(yōu)化步驟。
假設(shè)我們在一臺運(yùn)行著多個(gè)服務(wù)的 Linux 服務(wù)器上，突然發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)變得遲緩，用戶反饋一些應(yīng)用程序加載緩慢。這時(shí)候，我們首先想到的就是使用top命令來查看系統(tǒng)中各個(gè)進(jìn)程的資源占用情況。在終端中輸入top命令后，我們會看到一個(gè)動態(tài)更新的界面，其中%CPU和%MEM列分別顯示了每個(gè)進(jìn)程占用 CPU 和內(nèi)存的百分比。通過觀察這兩列數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)名為big_computation.py的 Python 進(jìn)程占用了高達(dá) 80% 的 CPU 資源，同時(shí)占用了大量的內(nèi)存 。
top - 10:15:23 up 2 days, 1:23, 2 users, load average: 2.50, 2.00, 1.50
Tasks: 200 total, 2 running, 198 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 80.0 us, 10.0 sy, 0.0 ni, 5.0 id, 5.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
MiB Mem : 7914.2 total, 123.4 free, 6543.2 used, 1247.6 buff/cache
MiB Swap: 2048.0 total, 2048.0 free, 0.0 used. 1024.0 avail Mem
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
12345 user1 20 0 512340 204800 12340 R 80.0 2.5 5:10.00 python big_computation.py這個(gè)進(jìn)程可能是導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降的 “罪魁禍?zhǔn)住薄Ｈ绻@個(gè)進(jìn)程是一個(gè)臨時(shí)的計(jì)算任務(wù)，且目前并非急需它運(yùn)行，我們可以考慮終止它以釋放系統(tǒng)資源。通過ps -ef命令進(jìn)一步確認(rèn)該進(jìn)程的詳細(xì)信息，獲取其 PID 為 12345，然后使用kill命令來終止它 。
ps -ef | grep big_computation.py
user1 12345 1 80 10:00 ? 00:05:10 python big_computation.py
kill 12345執(zhí)行kill命令后，再次查看top命令的輸出，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的 CPU 使用率和內(nèi)存占用率都有了明顯的下降，系統(tǒng)響應(yīng)速度也恢復(fù)正常 。
如果這個(gè)進(jìn)程是一個(gè)長期運(yùn)行的服務(wù)，我們不能直接終止它，但可以嘗試調(diào)整其優(yōu)先級，讓它少占用一些 CPU 資源，以保證其他更重要的進(jìn)程能夠正常運(yùn)行 。比如，使用renice命令將其優(yōu)先級降低。假設(shè)我們希望將其 nice 值調(diào)整為 10（nice 值越大優(yōu)先級越低） 。
renice -n 10 12345執(zhí)行上述命令后，再次觀察top命令的輸出，會發(fā)現(xiàn)該進(jìn)程的優(yōu)先級降低，CPU 使用率也有所下降，系統(tǒng)的整體性能得到了優(yōu)化 。通過這樣的實(shí)戰(zhàn)操作，我們能夠更好地掌握 Linux 系統(tǒng)中進(jìn)程的監(jiān)控和優(yōu)化技巧，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行 。
2. 案例二：進(jìn)程間通信實(shí)現(xiàn)
進(jìn)程間通信在 Linux 系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用場景，下面我們通過一個(gè)簡單的示例來展示使用管道實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間數(shù)據(jù)傳遞的方法。
假設(shè)我們有一個(gè)數(shù)據(jù)生成進(jìn)程和一個(gè)數(shù)據(jù)處理進(jìn)程，數(shù)據(jù)生成進(jìn)程不斷生成一些隨機(jī)數(shù)，數(shù)據(jù)處理進(jìn)程需要接收這些隨機(jī)數(shù)并進(jìn)行平方計(jì)算 。我們可以使用管道來實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)傳遞。
首先，我們創(chuàng)建一個(gè) C 語言程序來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)生成進(jìn)程（producer.c） ：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main() {
int pipe_fd[2];
if (pipe(pipe_fd) == -1) {
perror("pipe");
return 1;
}
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork");
return 1;
} else if (pid == 0) {
// 子進(jìn)程，作為數(shù)據(jù)處理進(jìn)程
close(pipe_fd[1]); // 關(guān)閉寫端
int num;
while (read(pipe_fd[0], &num, sizeof(int)) > 0) {
int result = num * num;
printf("Processed result: %d\n", result);
}
close(pipe_fd[0]); // 關(guān)閉讀端
} else {
// 父進(jìn)程，作為數(shù)據(jù)生成進(jìn)程
close(pipe_fd[0]); // 關(guān)閉讀端
srand(time(NULL));
for (int i = 0; i < 5; i++) {
int num = rand() % 100;
write(pipe_fd[1], &num, sizeof(int));
printf("Generated number: %d\n", num);
sleep(1);
}
close(pipe_fd[1]); // 關(guān)閉寫端
wait(NULL); // 等待子進(jìn)程結(jié)束
}
return 0;
}在這個(gè)程序中，首先創(chuàng)建一個(gè)管道，然后通過fork函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程。父進(jìn)程作為數(shù)據(jù)生成進(jìn)程，關(guān)閉管道的讀端，生成 5 個(gè)隨機(jī)數(shù)并通過管道的寫端發(fā)送給子進(jìn)程 。子進(jìn)程作為數(shù)據(jù)處理進(jìn)程，關(guān)閉管道的寫端，從管道的讀端讀取數(shù)據(jù)，對讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行平方計(jì)算并打印結(jié)果 。
編譯并運(yùn)行這個(gè)程序：
gcc -o producer producer.c
./producer運(yùn)行結(jié)果如下：
Generated number: 34
Processed result: 1156
Generated number: 78
Processed result: 6084
Generated number: 12
Processed result: 144
Generated number: 91
Processed result: 8281
Generated number: 56
Processed result: 3136從運(yùn)行結(jié)果可以清晰地看到，數(shù)據(jù)生成進(jìn)程不斷生成隨機(jī)數(shù)并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理進(jìn)程，數(shù)據(jù)處理進(jìn)程成功接收并進(jìn)行了相應(yīng)的處理 。通過這個(gè)簡單的案例，我們展示了使用管道實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信的基本方法，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體需求對這個(gè)示例進(jìn)行擴(kuò)展和優(yōu)化，以滿足更復(fù)雜的進(jìn)程間通信場景 。
