Linux进程管理：从基础到实战

在 Linux 系统编程中，进程（Process） 是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。理解进程的概念是掌握系统编程、多任务处理、并发编程的基础。

目录

一、什么是进程？

定义：

二、进程的生命周期

示例：查看当前系统中的进程

三、进程的状态（STAT）

四、进程的父子关系与进程树

示例：查看进程树

关键概念：

五、进程标识符（PID 和 PPID）

示例：查看当前 shell 的 PID 和 PPID

六、前台进程与后台进程

示例：将进程放入后台运行

七、进程的优先级（Nice 值）

查看 nice 值：

设置 nice 值启动进程：

修改已有进程的 nice 值：

八、进程相关的系统调用（C语言接口）

九、第一个 C 程序：演示 fork() 创建进程

示例代码：process_example.c

编译并运行：

十、总结知识点图解（知识树状图）

十一、课后练习建议

一、什么是进程？

定义：

进程是一个程序的执行实例，包括：

程序代码（Text Segment）

当前活动（如寄存器的状态、程序计数器等）

数据段（Data Segment）

堆栈（Stack）

打开的文件、信号处理函数等资源

简单来说：一个正在运行的程序就是一个进程。

二、进程的生命周期

一个进程从创建到终止，会经历以下几个阶段：

+-------------------+

| 创建进程 | fork()

+-------------------+

|

v

+-------------------+

| 运行/就绪状态 |

+-------------------+

|

v

+-------------------+

| 阻塞（等待I/O等） |

+-------------------+

|

v

+-------------------+

| 终止或退出 | exit(), _exit()

+-------------------+

AI写代码

示例：查看当前系统中的进程

ps aux

AI写代码

输出示例（简化）：

USER PID %CPU %MEM VSZ RSS TTY STAT START TIME COMMAND

root 1 0.0 0.2 168944 9348 ? Ss 09:00 0:01 /sbin/init

user1 1234 0.1 0.5 500000 20000 ? Sl 09:10 0:02 /usr/bin/vim

AI写代码

各列含义简要说明：

列名 含义

USER 进程所有者

PID 进程 ID

%CPU 占用 CPU 百分比

%MEM 占用内存百分比

VSZ 虚拟内存使用量（KB）

RSS 实际物理内存使用量（KB）

TTY 控制终端

STAT 进程状态

START 进程启动时间

TIME 占用 CPU 时间总和

COMMAND 启动命令

三、进程的状态（STAT）

Linux 中进程常见的状态有以下几种：

状态字符 含义

R (Running) 正在运行或准备运行

S (Sleeping) 可中断的睡眠状态（等待某事件）

D (Disk Sleep) 不可中断的睡眠（通常在 I/O）

Z (Zombie) 僵尸进程（已结束但未被回收）

T (Stopped) 被停止（如收到 SIGSTOP）

X (Dead) 已死亡（不会出现在 ps 中）

四、进程的父子关系与进程树

每个进程都有一个父进程（除了 init/systemd），通过 fork() 创建子进程。

示例：查看进程树

pstree

AI写代码

输出示例：

systemd─┬─NetworkManager───2*[{NetworkManager}]

├─login───bash

└─sshd───bash───vim

AI写代码

关键概念：

父进程（Parent Process）：创建其他进程的进程。

子进程（Child Process）：由父进程创建的进程。

僵尸进程（Zombie Process）：子进程结束后，父进程没有调用 wait() 或 waitpid() 获取其退出状态，该子进程变成僵尸进程。

孤儿进程（Orphan Process）：父进程先于子进程结束，子进程成为孤儿进程，由 init（PID=1）接管。

五、进程标识符（PID 和 PPID）

PID（Process ID）：进程的唯一标识号。

PPID（Parent Process ID）：父进程的 PID。

示例：查看当前 shell 的 PID 和 PPID

echo "Current PID: $$"

echo "Parent PID: $PPID"

AI写代码

输出示例：

Current PID: 12345

Parent PID: 11111

AI写代码

你也可以使用 ps 查看详细信息：

ps -p 12345 -o pid,ppid,comm

AI写代码

六、前台进程与后台进程

前台进程：占用终端，用户可以直接交互。

后台进程：不占用终端，通常用于长时间运行的任务。

示例：将进程放入后台运行

sleep 100 & # 在后台运行

AI写代码

查看后台进程：

jobs

AI写代码

七、进程的优先级（Nice 值）

Linux 使用 nice 值 来控制进程的优先级，默认值为 0，范围为 -20（最高优先级）到 19（最低优先级）。

查看 nice 值：

ps -l

AI写代码

设置 nice 值启动进程：

nice -n 10 sleep 100 &

AI写代码

修改已有进程的 nice 值：

renice 5 -p 12345

AI写代码

八、进程相关的系统调用（C语言接口）

这些是 Linux 编程中最常用的系统调用：

系统调用 功能描述

fork() 创建子进程

exec() 系列 替换当前进程为新程序

wait() 等待子进程结束

exit() 终止当前进程

getpid() 获取当前进程的 PID

getppid() 获取父进程的 PID

九、第一个 C 程序：演示 fork() 创建进程

示例代码：process_example.c

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

int main() {

pid_t pid;

printf("Before fork: This is the parent process (PID: %d)\n", getpid());

pid = fork(); // 创建子进程

if (pid < 0) {

fprintf(stderr, "Fork failed\n");

return 1;

} else if (pid == 0) {

// 子进程

printf("This is the child process (PID: %d), Parent PID: %d\n", getpid(), getppid());

} else {

// 父进程

printf("This is the parent process again (PID: %d), Child PID: %d\n", getpid(), pid);

}

return 0;

}

AI写代码

编译并运行：

gcc process_example.c -o process_example

./process_example

AI写代码

输出示例（顺序可能不同）：

Before fork: This is the parent process (PID: 12345)

This is the parent process again (PID: 12345), Child PID: 12346

This is the child process (PID: 12346), Parent PID: 1

AI写代码

注意：由于父进程和子进程是并发执行的，所以输出顺序可能不确定。

十、总结知识点图解（知识树状图）

进程的概念

│

├── 什么是进程？

│ ├── 程序的执行实例

│ └── 包含代码、数据、堆栈、资源等

│

├── 进程生命周期

│ ├── 创建 → 运行 → 阻塞 → 终止

│ └── fork(), exec(), exit()

│

├── 进程状态（STAT）

│ ├── R/S/D/Z/T/X

│

├── 进程关系与进程树

│ ├── 父进程与子进程

│ ├── 僵尸进程 vs 孤儿进程

│ └── pstree 命令查看树结构

│

├── 进程标识符

│ ├── PID（当前进程ID）

│ └── PPID（父进程ID）

│

├── 前台进程 vs 后台进程

│ ├── jobs, &, fg, bg

│

├── 进程优先级（nice）

│ ├── nice, renice 命令

│

└── 进程相关系统调用（C语言）

├── fork()

├── exec()

├── wait()

├── exit()

├── getpid()

└── getppid()

AI写代码

十一、课后练习建议

使用 ps 命令查找当前运行的所有 bash 进程。

写一个 Shell 脚本，在后台运行多个 sleep 命令，并使用 jobs 查看它们的状态。

编写一个 C 程序，使用 fork() 创建两个子进程，分别打印不同的信息。

尝试使用 nice 和 renice 修改某个进程的优先级。