Linux中的进程

Linux系统中最主要的就是活动实体就是进程。fork系统调用是linux系统创建一个新进程的主要方式,创建的新进程是调用fork的进程的子进程,每个进程都有一个PID(进程标识符),每个进程的PID都不同。在Linux内核中,进程通过数据结构task_struct 被表示成任务(task),一个类型为task_struct 的进程描述符会始终存在于内存之中,且进程描述符从进程被创建开始就一直存在于内核堆栈之中,进程描述符包含了内核管理所有进程所需的必要信息,其中就包括PID,这个数据结构还包含调度参数,内存映射,信号,文件描述符表和当前的进程状态等。内核会将所有进程的任务数据结构组织成一个双向链表,可以相互访问,同时为了更方便的访问进程的进程描述符,不用每次遍历双向链表来获取进程的信息,每个进程的唯一标识PID被映射成进程的任务数据结构所在的地址,从而可以立即访问进程的信息。所有进程的任务数据结构父进程会得到子进程的PID,这样就可以通过一个原始进程生成一个进程树。

       系统创建一个新进程时,会从父进程复制大量的内容。这个子进程被赋予一个PID,并建立它的内存映射,同时也可以访问父进程的文件,但由于复制内存的代价非常昂贵,Linux赋予子进程的页表实际上都指向父进程的页表,只有需要写入数据的页面才会被复制,这种机制就叫做写时复制。

       除了使用进程来创建进程外,Linux还可以使用线程来创建进程,可以设置特定函数中的特定形参来指明创建的是线程还是进程,实际上,Linux模糊了进程和线程的概念,使两者的区别变得不那么重要。除了上面提及的进程标识符PID外,为了和Unix系统进行兼容,Linux还使用任务标识符TID进行区分,当系统调用创建一个新的进程时,若新进程无需与旧进程共享信息时,PID会设置一个新值,否则就得到一个新的任务标识符,但是PID不变,因此一个进程中的所有线程都会拥有与该进程第一个线程相同的PID,可以说,进程相当于具有相同PID线程的集合。

       Linux进程之间通信方式如下:

  1. 管道(Pipe)及有名管道(named pipe):管道可用于具有亲缘关系进程间的通信,它提供一个路径名与之关联,有名管道克服了管道没有名字的限制,因此,除具有管道所具有的功能外,它还允许无亲缘关系进程间的通信,还可用于网络间不同主机的通信;
  2. 信号(Signal):信号是比较复杂的通信方式,用于通知接受进程有某种事件发生,除了用于进程间通信外,进程还可以发送信号给进程本身;linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外,还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction(实际上,该函数是基于BSD的,BSD为了实现可靠信号机制,又能够统一对外接口,用sigaction函数重新实现了signal函数);
  3. 报文(Message)队列(消息队列):消息队列是消息的链接表,包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息,被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少,管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
  4. 共享内存:使得多个进程可以访问同一块内存空间,是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制,如信号量结合使用,来达到进程间的同步及互斥。
  5. 信号量(semaphore):主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
  6. 套接口(Socket):更为一般的进程间通信机制,可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的,但现在一般可以移植到其它类Unix系统上:Linux和System V的变种都支持套接字。

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