1. Linux进程基础
在Linux系统中，进程是操作系统中最基本的执行单元。每个进程都有自己的地址空间、CPU寄存器、打开的文件和其他系统资源的集合。进程之间通过进程间通信（IPC）进行交互。
1.1 进程的创建
进程的创建是通过调用系统的fork()函数实现的。fork()函数会创建一个新的进程，称为子进程，该子进程是父进程的副本，但是在一个全新的进程空间中执行。
在子进程中，可以使用exec()函数来加载一个新的程序，替换原本的代码和数据，并开始执行新的程序。这个过程被称为进程的映像。
pid_t fork(void);重要：fork()函数成功返回两个值。对于父进程，返回子进程的进程ID；对于子进程，返回0。
1.2 进程的状态
进程在其生命周期中可能经历以下几个状态：
运行（Running）：进程正在执行。
等待（Waiting）：进程等待某个事件的发生，如等待用户输入或等待某个子进程完成。
睡眠（Sleeping）：进程暂时不可执行，直到某个条件达到。
停止（Stopped）：进程被挂起，不再执行，直到接收到SIGCONT信号。
僵尸（Zombie）：进程已经终止，但是其父进程还没有回收它的资源。
2. 进程调度和调度算法
2.1 进程调度
进程调度是操作系统决定将CPU资源分配给哪个进程的过程。在Linux系统中，进程调度由调度器完成。
Linux默认的调度器为CFS（Completely Fair Scheduler），采用红黑树的数据结构来维护调度队列，以保持公平。
2.2 CFS调度算法
CFS调度算法的核心概念是虚拟运行时间（virtual runtime），每个进程都有一个相对的虚拟运行时间。CFS调度器选择虚拟运行时间最小的进程来执行，以实现公平调度。
虚拟运行时间的计算公式如下：
vruntime = prev_vruntime + (runtime / weight)
重要：在计算虚拟运行时间时，通过weight参数来决定进程相对于其他进程的权重。权重越大，进程被分配的时间越长。
3. 进程间通信（IPC）
3.1 管道（Pipe）
管道是一种半双工的通信机制，可以用于父进程和子进程之间的通信。它允许一个进程向管道写入数据，而另一个进程从管道中读取数据。
在C语言中，可以使用pipe()函数创建一个管道：
int pipe(int pipefd[2]);重要：pipefd是一个包含两个文件描述符的数组，pipefd[0]表示读取端，pipefd[1]表示写入端。
3.2 共享内存（Shared Memory）
共享内存是一种高效的进程间通信机制，通过将一块内存映射到多个进程的地址空间中，实现进程之间的数据共享。
在Linux系统中，可以使用shmget()函数创建共享内存区域，使用shmat()函数将共享内存映射到进程的地址空间中：
int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);
void *shmat(int shmid, const void *shmaddr, int shmflg);
重要：shmid是共享内存区域的标识符，shmflg用于指定共享内存的访问权限。
4. 进程间通信示例
下面是一个使用管道进行进程间通信的示例：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
int pipefd[2];
char buffer[20];
pipe(pipefd);
if(fork() == 0) { // 子进程
close(pipefd[0]); // 关闭读取端
char *msg = "Hello from child!\n";
write(pipefd[1], msg, strlen(msg)+1); // 写入管道
close(pipefd[1]); // 关闭写入端
} else { // 父进程
close(pipefd[1]); // 关闭写入端
read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer)); // 从管道读取
printf("Message from child: %s", buffer);
close(pipefd[0]); // 关闭读取端
}
return 0;
}
以上示例创建了一个管道，子进程向管道写入数据，父进程从管道读取数据，并打印出来。
5. 总结
本文介绍了Linux进程的基础知识，包括进程的创建、进程的状态、进程调度和调度算法，以及进程间通信的机制和示例。了解Linux进程的内部运行机制，对于系统开发和性能优化都是非常重要的。