目录
一、Linux中的进程
在学习进程管理之前，我们先来学习什么是进程。
在 Linux 中，是用一个 task_struct 来表示 Linux 进程的，我们来看看 task_struct 具体的定义：
//file:include/linux/sched.h
struct task_struct {
//2.1 进程状态
volatile long state;
//2.2 进程线程的pid
pid_t pid;
pid_t tgid;
//2.3 进程树关系：父进程、子进程、兄弟进程
struct task_struct __rcu *parent;
struct list_head children;
struct list_head sibling;
struct task_struct *group_leader;
//2.4 进程调度优先级
int prio, static_prio, normal_prio;
unsigned int rt_priority;
//2.5 进程地址空间
struct mm_struct *mm, *active_mm;
//2.6 进程文件系统信息（当前目录等）
struct fs_struct *fs;
//2.7 进程打开的文件信息
struct files_struct *files;
//2.8 namespaces
struct nsproxy *nsproxy;
}1.1 进程的状态
进程共有五种状态，这五种状态用 state 来表示，分别是：
- 运行状态（Running）：该时刻进程占用 CPU；
- 就绪状态（Ready）：可运行，由于其他进程处于运行状态而暂时停止运行；
- 阻塞状态（Blocked）：该进程正在等待某一事件发生（如等待输入/输出操作的完成）而暂时停止运行，这时，即使给它CPU控制权，它也无法运行；
- 创建状态（new）：进程正在被创建时的状态；
- 结束状态（Exit）：进程正在从系统中消失时的状态；
一个任务（进程或线程）刚创建出来的时候是 Ready 就绪状态，等待调度器的调度。调度器执行 schedule 后，任务获得 CPU 后进入 执行进行运行。当需要等待某个事件的时候，例如阻塞式 read 某个 socket 上的数据，但是数据还没有到达的时候，任务进入 Blocked 状态，任务被阻塞掉。
当等待的事件到达以后，例如 socket 上的数据到达了。内核在收到数据后会查看 socket 上阻塞的等待任务队列，然后将之唤醒，使得任务重新进入 Ready 就绪状态。任务如此往复地在各个状态之间循环，直到退出。
1.2 进程ID
我们知道，每一个进程都有一个进程 id 的概念。在 task_struct 中有两个相关的字段，分别是 pid 和 tgid。
struct task_struct {
......
pid_t pid;
pid_t tgid;
}其中 pid 是 Linux 为了标识每一个进程而分配给它们的唯一号码，称做进程 ID 号，简称 PID。对于没有创建线程的进程(只包含一个主线程)来说，这个 pid 就是进程的 PID，tgid 和 pid 是相同的。
2.3 进程树关系
在 Linux 下所有的进程都是通过一棵树来管理的。在操作系统启动的时候，会创建 init 进程，接下来所有的进程都是由这个进程直接或者间接创建的的。通过 pstree 命令可以查看你当前服务器上的进程树信息。
2.4 进程调度优先级
在 task_struct 中有几个字段是表示进程优先级的，在进程调度的时候会根据这几个字段来决定优先让哪个任务（进程或线程）开始执行。
-
static_prio: 用来保存静态优先级，可以调用 nice 系统直接来修改取值范围为 100~139
-
rt_priority: 用来保存实时优先级,取值范围为 0~99
-
prio: 用来保存动态优先级
-
normal_prio: 它的值取决于静态优先级和调度策略
2.5 进程地址空间
对于用户进程来讲，内存描述符 mm_struct( mm 代表的是 memory descriptor)是非常核心的数据结构。整个进程的虚拟地址空间部分都是由它来表示的。
进程在运行的时候，在用户态其所需要的代码，全局变量数据，以及 mmap 内存映射等全部都是通过 mm_struct 来进行内存查找和寻址的。
struct mm_struct {
struct vm_area_struct * mmap; /* list of VMAs */
struct rb_root mm_rb;
unsigned long mmap_base; /* base of mmap area */
unsigned long task_size; /* size of task vm space */
unsigned long start_code, end_code, start_data, end_data;
unsigned long start_brk, brk, start_stack;
unsigned long arg_start, arg_end, env_start, env_end;
}其中 start_code、end_code 分别指向代码段的开始与结尾、start_data 和 end_data 共同决定数据段的区域、start_brk 和 brk 中间是堆内存的位置、start_stack 是用户态堆栈的起始地址。
在内核内存区域，可以通过直接计算得出物理内存地址，并不需要复杂的页表计算。而且最重要的是所有内核进程、以及用户进程的内核态，这部分内存都是共享的。
另外要注意的是，对于内核线程来说，是没有用户态的虚拟地址空间的。所以内核线程的 mm 的值是 null。
二、进程的上下文切换
各个进程之间是共享 CPU 资源的，在不同的时候进程之间需要切换，让不同的进程可以在 CPU 执行，那么这个一个进程切换到另一个进程运行，称为进程的上下文切换。
进程的切换，实质上就是被中断运行进程与待运行进程的上下文切换。从主观上来理解。只分为两步：
1.切换新的页表，然后使用新的虚拟地址空间
2.切换内核栈，加入新的内容(PCB控制块，资源相关)，硬件上下文切换
三、进程的通讯方式
进程的通讯方式可以分为两大类：消息传递模型和共享内存模型。管道，消息队列，信号，信号量，socket这些都属于消息传递模型，而共享内存属于共享内存模型。
3.1 管道
管道是最简单的进程间的通讯方式，而且管道传输数据是单向的，如果想相互通信，我们需要创建两个管道才行。
管道分为匿名管道和有名管道。
- 匿名管道：通信范围是存在父子关系的进程。因为管道没有实体，也就是没有管道文件，只能通过 fork 来复制父进程 fd 文件描述符，来达到通信的目的，同时用完即毁。
- 有名管道：可以在不相关的进程间也能相互通信。因为命令管道，提前创建了一个类型为管道的设备文件，在进程里只要使用这个设备文件，就可以相互通信。
不管是匿名管道还是命名管道，进程写入的数据都是缓存在内核中，另一个进程读取数据时候自然也是从内核中获取，同时通信数据都遵循先进先出原则，不支持 lseek 之类的文件定位操作。
3.2 消息队列
管道的通信方式是效率低的，因此管道不适合进程间频繁地交换数据。
对于这个问题，消息队列的通信模式就可以解决。比如，A 进程要给 B 进程发送消息，A 进程把数据放在对应的消息队列后就可以正常返回了，B 进程需要的时候再去读取数据就可以了。同理，B 进程要给 A 进程发送消息也是如此。
再来，消息队列是保存在内核中的消息链表，在发送数据时，会分成一个一个独立的数据单元，也就是消息体（数据块），消息体是用户自定义的数据类型，消息的发送方和接收方要约定好消息体的数据类型，所以每个消息体都是固定大小的存储块，不像管道是无格式的字节流数据。如果进程从消息队列中读取了消息体，内核就会把这个消息体删除。
消息队列生命周期随内核，如果没有释放消息队列或者没有关闭操作系统，消息队列会一直存在，而前面提到的匿名管道的生命周期，是随进程的创建而建立，随进程的结束而销毁。
但消息队列也有明显的缺点，一是通信不及时，二是附件也有大小限制。
3.3 共享内存
消息队列的读取和写入的过程，都会有发生用户态与内核态之间的消息拷贝过程。那共享内存的方式，就很好的解决了这一问题。
现代操作系统，对于内存管理，采用的是虚拟内存技术，也就是每个进程都有自己独立的虚拟内存空间，不同进程的虚拟内存映射到不同的物理内存中。所以，即使进程 A 和 进程 B 的虚拟地址是一样的，其实访问的是不同的物理内存地址，对于数据的增删查改互不影响。
共享内存的机制，就是拿出一块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存中。这样这个进程写入的东西，另外一个进程马上就能看到了，都不需要拷贝来拷贝去，传来传去，大大提高了进程间通信的速度。
3.4 信号量
用了共享内存通信方式，带来新的问题，那就是如果多个进程同时修改同一个共享内存，很有可能就冲突了。例如两个进程都同时写一个地址，那先写的那个进程会发现内容被别人覆盖了。
为了防止多进程竞争共享资源，而造成的数据错乱，所以需要保护机制，使得共享的资源，在任意时刻只能被一个进程访问。正好，信号量就实现了这一保护机制。
信号量其实是一个整型的计数器，主要用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于缓存进程间通信的数据。
信号量表示资源的数量，控制信号量的方式有两种原子操作：
- 一个是 P 操作，这个操作会把信号量减去 1，相减后如果信号量 < 0，则表明资源已被占用，进程需阻塞等待；相减后如果信号量 >= 0，则表明还有资源可使用，进程可正常继续执行。
- 另一个是 V 操作，这个操作会把信号量加上 1，相加后如果信号量 <= 0，则表明当前有阻塞中的进程，于是会将该进程唤醒运行；相加后如果信号量 > 0，则表明当前没有阻塞中的进程；
P 操作是用在进入共享资源之前，V 操作是用在离开共享资源之后，这两个操作是必须成对出现的。
3.5 信号
上面说的进程间通信，都是常规状态下的工作模式。对于异常情况下的工作模式，就需要用「信号」的方式来通知进程。
在 Linux 操作系统中， 为了响应各种各样的事件，提供了几十种信号，分别代表不同的意义。我们可以通过 kill -l 命令，查看所有的信号。
信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，因为可以在任何时候发送信号给某一进程，一旦有信号产生，我们就有下面这几种，用户进程对信号的处理方式。
1.执行默认操作。Linux 对每种信号都规定了默认操作，例如，上面列表中的 SIGTERM 信号，就是终止进程的意思。
2.捕捉信号。我们可以为信号定义一个信号处理函数。当信号发生时，我们就执行相应的信号处理函数。
3.忽略信号。当我们不希望处理某些信号的时候，就可以忽略该信号，不做任何处理。有两个信号是应用进程无法捕捉和忽略的，即 SIGKILL 和 SEGSTOP，它们用于在任何时候中断或结束某一进程
3.6 Socket
前面提到的管道、消息队列、共享内存、信号量和信号都是在同一台主机上进行进程间通信，那要想跨网络与不同主机上的进程之间通信，就需要 Socket 通信了。
对于Socket的使用，在前面的文章中已经讲过了，大家可以去看一下：http://t.csdn.cn/jLuHq