1. 什么是 Linux 进程
在 Linux 中，进程是指运行中的程序。具体而言，进程是程序执行时所分配的一块内存空间，其中包含了程序指令、数据和运行时的堆栈等内容。Linux 进程是相互独立的，每个进程都有自己的地址空间、文件描述符和环境变量等属性。
2. 进程的状态
2.1 进程状态的分类
在 Linux 中，进程状态分为以下几种：
运行（Running）：进程正在运行。
等待（Waiting）：进程正在等待某些事件的发生，比如容纳输入、收到信号、某个子进程终止等。
停止（Stopped）：进程处于暂停状态，一般是由于接收到 SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN 或 SIGTTOU 信号造成的。
僵尸（Zombie）：进程已经终止，但是其父进程还没有回收它的资源。
睡眠（Sleeping）：进程正在等待某些条件满足，例如等待 I/O 操作完成。
2.2 如何查看进程状态
我们可以使用 ps 命令查看进程的状态。下面是一些常用的选项：
ps -ef: 显示所有进程的完整信息。
ps aux: 显示所有进程的完整信息，与 ps -ef 命令类似。
ps -ejH: 显示所有进程及其子进程的层次结构。
ps -o pid,user,%cpu,%mem,etime,command: 显示所选字段的进程信息。
此外，还可以使用 top 命令实时查看进程状态。
$ ps -ef
UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD
root 1 0 0 10:51 ? 00:00:01 /sbin/init ...
(...)
3. 进程资源限制
3.1 进程优先级
Linux 中的进程有 40 个优先级，0 是最高优先级，139 是最低优先级。我们可以使用 nice 命令改变进程的优先级，例如：
$ nice -n 5 ./myprogram
上面的命令将 myprogram 的进程优先级降低 5 级。我们可以使用 renice 命令修改进程的优先级，例如：
$ renice 10 789
上面的命令将进程号为 789 的进程优先级提高到 10 级。
3.2 进程资源限制
Linux 内核会针对每个进程设置一些资源限制，以确保系统稳定性和安全性。例如，每个进程都有最大文件描述符数、最大内存使用量等资源限制。我们可以使用 ulimit 命令查看和修改进程资源限制，例如：
$ ulimit -a
上面的命令将显示当前进程的所有资源限制。我们可以使用下面这些选项来修改进程资源限制：
-c: 最大的 core 文件大小（以字节为单位）。
-d: 进程数据段的最大大小（以字节为单位）。
-f: 进程可以打开的文件的最大数量。
-m: 进程的最大内存使用量（以字节为单位）。
-n: 进程可以打开的文件描述符的最大数量。
-s: 进程栈大小的最大值（以字节为单位）。
例如，下面的命令将修改当前进程的最大打开文件数量为 1024：
$ ulimit -n 1024
4. 进程通信
4.1 进程间通信的方式
在 Linux 中，进程可以使用多种方式进行通信：
信号（Signal）：进程可以向其他进程发送信号，用于通知该进程某些事件的发生。
管道（Pipe）：进程间可以使用管道进行通信，管道是一种单向数据流。
消息队列（Message Queue）：进程可以使用消息队列进行通信，消息队列是一种先进先出的消息缓冲区。
信号量（Semaphore）：信号量是一种计数器，用于同步进程和线程对共享资源的访问。
共享内存（Shared Memory）：进程可以使用共享内存进行通信，多个进程可以同时访问同一块内存区域。
4.2 实现进程间通信的例子：管道
下面的例子展示了如何使用管道进行进程间通信。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
int pipefd[2];
char buf[100];
pid_t pid;
/* 创建管道 */
if (pipe(pipefd) == -1) {
perror("pipe");
return -1;
}
/* 创建子进程 */
if ((pid = fork()) == -1) {
perror("fork");
return -1;
}
/* 子进程 */
if (pid == 0) {
close(pipefd[1]); /* 关闭管道的写入端 */
read(pipefd[0], buf, 100); /* 从管道中读取数据 */
close(pipefd[0]);
printf("Received message: %s", buf);
}
/* 父进程 */
else {
close(pipefd[0]); /* 关闭管道的读取端 */
write(pipefd[1], "Hello, world!", 13); /* 向管道中写入数据 */
close(pipefd[1]);
}
return 0;
}
上面的代码中，父进程创建了一个管道，并向管道写入了一个消息，然后关闭了管道的写入端。子进程从管道中读取数据，并将其打印到标准输出，然后关闭了管道的读取端。
5. 进程管理
5.1 运行进程
我们可以使用 fork 函数创建一个新进程，即在调用 fork 的进程之后在内存中复制出一个新的进程，新进程将从 fork 函数返回的 0 开始运行。下面是一个简单的例子：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
pid_t pid;
pid = fork();
if (pid == -1) {
perror("fork");
return -1;
}
else if (pid == 0) {
printf("Child process\n");
_exit(0);
}
else {
printf("Parent process\n");
waitpid(pid, NULL, 0); /* 等待子进程结束 */
}
return 0;
}
上面的代码中，父进程调用 fork 函数创建了一个新进程，然后等待子进程结束。子进程从 fork 函数返回时开始执行，打印一条消息后退出。
5.2 管理进程
我们可以使用 kill 命令向进程发送信号，包括发送终止信号（SIGTERM）和强制终止信号（SIGKILL）。下面是一个例子：
$ ps aux | grep myprogram
root 12345 0.0 0.1 12345 6789 pts/0 S+ 10:00 0:00 ./myprogram
$ kill 12345
上面的代码中，我们首先使用 ps aux 命令查找进程号为 12345 的进程，并使用 kill 命令向其发送终止信号。当进程收到终止信号后，其会自行退出。
5.3 守护进程
Linux 中的守护进程是在后台运行的进程，通常用于执行系统级别的任务。我们可以使用 fork 函数创建一个守护进程。下面是一个简单的例子：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
/* 退出程序的信号处理函数 */
void signal_handler(int sig) {
if (sig == SIGTERM) {
exit(0);
}
}
int main() {
pid_t pid;
/* 创建子进程 */
pid = fork();
if (pid == -1) { /* 创建进程失败 */
perror("fork");
return -1;
}
else if (pid != 0) { /* 父进程退出 */
exit(0);
}
/* 子进程继续执行 */
/* 将子进程调用 setsid 函数，使其脱离控制终端 */
setsid();
/* 修改当前工作目录 */
chdir("/");
/* 关闭文件描述符 */
close(STDIN_FILENO);
close(STDOUT_FILENO);
close(STDERR_FILENO);
/* 注册退出程序的信号处理函数 */
signal(SIGTERM, signal_handler);
/* 此处添加守护进程要执行的代码 */
while (1) {
sleep(1);
}
return 0;
}
上面的代码实现了一个简单的守护进程，其中调用了 fork 函数来创建一个新的进程，并使用 setsid 函数使其脱离控制终端。然后，守护进程修改当前工作目录到根目录，关闭了所有不必要的文件描述符，注册了退出程序的信号处理函数。守护进程在主循环中等待要执行的代码。
6. 总结
本文讨论了 Linux 进程的相关知识，包括进程状态、进程资源限制、进程通信和进程管理等方面的内容。了解这些知识对于系统管理员和开发人员都非常重要。希望本文能够为读者提供帮助。