linux系统编程之进程（一）：进程基本概述

一、什么是进程

从用户的角度来看进程是程序的一次执行过程。 从操作系统的核心来看，进程是操作系统分配的内存、CPU时间片等资源的基本单位。 进程是资源分配的最小单位。 每一个进程都有自己独立的地址空间与执行状态。 像UNIX这样的多任务操作系统能够让许多程序同时运行，每一个运行着的程序就构成了一个进程。

二、进程数据结构

进程的静态描述：由三部分组成:PCB、有关程序段和该程序段对其进行操作的数据结构集。 进程控制块：用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。 代码段：是进程中能被进程调度程序在CPU上执行的程序代码段。 数据段：一个进程的数据段，可以是进程对应的程序加工处理的原始数据，也可以是程序执行后产生的中间或最终数据

堆栈段：程序运行时需要在这里做数据运算，存储临时数据，开辟函数栈等。在Linux下，栈是高地址往低地址增长的。

三、进程与程序

进程是动态的，程序是静态的。 进程的生命周期是相对短暂的，而程序是永久的。 进程数据结构PCB。 一个进程只能对应一个程序，一个程序可以对应多个进程。

四、进程状态变迁

运行状态（TASK_RUNNING） 可中断睡眠状态（TASK_INTERRUPTIBLE） 不可中断睡眠状态（TASK_UNINTERRUPTIBLE） 暂停状态（TASK_STOPPED） 僵死状态（TASK_ZOMBIE）

In computer operating systems terminology, a sleeping process can either be interruptible (woken via signals) or uninterruptible (woken explicitly). An uninterruptible sleep state is a sleep state that cannot handle a signal (such as waiting for disk or network IO (input/output)).  When the process is sleeping uninterruptibly, the signal will be noticed when the process returns from the system call or trap.  A process which ends up in “D” state for any measurable length of time is trapped in the midst of a system call (usually an I/O operation on a device — thus the initial in the ps output).  Such a process cannot be killed — it would risk leaving the kernel in an inconsistent state, leading to a panic. In general you can consider this to be a bug in the device driver that the process is accessing.

五、进程控制块

进程描述信息

进程标识符用于唯一的标识一个进程。

进程控制信息

进程当前状态 进程优先级 程序开始地址 各种计时信息 通信信息

资源信息

占用内存大小及管理用数据结构指针 交换区相关信息 I/O设备号、缓冲、设备相关的数结构 文件系统相关指针

现场保护信息

寄存器 PC 程序状态字PSW 栈指针

六、进程标识

每个进程都会分配到一个独一无二的数字编号，我们称之为“进程标识”(process identifier),或者就直接叫它PID. 是一个正整数，取值范围从2到32768（2.6内核以下） 当一个进程被启动时，它会顺序挑选下一个未使用的编号数字做为自己的PID 数字1一般为特殊进程init保留的

七、进程的创建

不同的操作系统所提供的进程创建原语的名称和格式不尽相同，但执行创建进程原语后，操作系统所做的工作却大致相同，都包括以下几点： 给新创建的进程分配一个内部标识，在内核中建立进程结构。 复制父进程的环境 为进程分配资源， 包括进程映像所需要的所有元素（程序、数据、用户栈等）， 复制父进程地址空间的内容到该进程地址空间中。 置该进程的状态为就绪，插入就绪队列。

八、进程的销毁

进程终止时操作系统做以下工作： 关闭软中断:因为进程即将终止而不再处理任何信号； 回收资源：释放进程分配的所有资源，如关闭所有已打开文件，释放进程相应的数据结构等； 写记帐信息：将进程在运行过程中所产生的记帐数据（其中包括进程运行时的各种统计信息）记录到一个全局记帐文件中； 置该进程为僵死状态:向父进程发送子进程死的信号(SIGCHLD)，将终止信息status送到指定的存储单元中； 转进程调度:因为此时CPU已经被释放，需要由进程调度进行CPU再分配。

九、对于一个进程来说，相关联的ID有下面几个：

#include <unistd.h>
int setuid(uid_t uid);
int setgid(gid_t gid);
//r for real,e for effective
int setreuid(uid_t ruid,uid_t euid);
int setregid(gid_t rgid,gid_t egid);
int seteuid(uid_t uid);
int setegid(gid_t gid);

关于保存的设置ID判断条件是_POSIX_SAVED_IDS/_SC_SAVED_IDS.

通常来说有效uid和gid等同于实际uid和gid. 但是对于一些特殊程序比如需要修改passwd,那么程序执行时必须以另外一种用户权限启动，所以区分了这两个概念。比如我们调用passwd修改密码，ruid和rgid是我们自己，而euid和egid则是root（/etc/passwd属主是root）.为了查看文件是否设置了SUID和SGID，我们可以使用S_ISUID和S_ISGID & st_mode。

这里有必要说说保存设置用户ID的作用（保存设置组ID同）。假设我们编写一个程序aaa, 运行者是simba, 然后aaa的owner是root并且设置了SUID特殊权限位。 当我们exec这个aaa程序的话，我们ruid=simba, euid=root. 那么如果进行 seteuid(simba) 操作的话, 修改有效用户id为simba是允许的，因为ruid就是simba. 这样ruid=simba,euid=simba. 这样就造成了一个问题，如果我们此时想seteuid(root), 系统如何验证呢？ 系统不可能再去读取一次文件系统，所以要求内核本身就保存一个设置用户id.可以知道设置用户id 通常保存的内容就是第一次exec文件使用的euid.

对于setuid(uid)行为是这样的：

• 如果是超级用户进程的话，那么ruid=uid,euid=uid,saved_id=uid.
• 如果不是超级用户进程的话，如果uid==ruid或者是saved_id的话，那么euid=uid.
• 出错那么返回-1并且errno=EPERM.

对于setreuid不是很了解，对于seteuid来说和setuid差别不大，只不过超级用户进程调用seteuid(uid)只是修改euid=uid.

十、终止进程的5种方法

从main函数return返回 调用exit（C库函数） 调用_exit（系统调用） 调用abort（产生SIGABRT信号，异常终止） 由信号终止（如ctrl+c 产生的 SIGINT信号）

需要注意的是main函数返回会调用exit；exit会调用_exit； exit会调用fflush，但_exit不会调用fflush。

atexit可以注册终止处理程序，ANSI C规定最多可以注册32个终止处理程序。终止处理程序的调用与注册次序相反

int atexit(void (*function)(void));

参考：《APUE》

http://dirlt.com/#sec-1