1. 什么是進(jìn)程

進(jìn)程是處于執(zhí)行期的程序以及它所包含的所有資源的總稱，包括虛擬處理器，虛擬空間，寄存器，堆棧，全局?jǐn)?shù)據(jù)段等。

在Linux中，每個進(jìn)程在創(chuàng)建時都會被分配一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為進(jìn)程控制塊（Process Control Block，簡稱PCB）。PCB中包含了很多重要的信息，供系統(tǒng)調(diào)度和進(jìn)程本身執(zhí)行使用。所有進(jìn)程的PCB都存放在內(nèi)核空間中。PCB中最重要的信息就是進(jìn)程PID，內(nèi)核通過這個PID來唯一標(biāo)識一個進(jìn)程。PID可以循環(huán)使用，最大值是32768。init進(jìn)程的pid為1，其他進(jìn)程都是init進(jìn)程的后代。

除了進(jìn)程控制塊（PCB）以外，每個進(jìn)程都有獨(dú)立的內(nèi)核堆棧（8k），一個進(jìn)程描述符結(jié)構(gòu)，這些數(shù)據(jù)都作為進(jìn)程的控制信息儲存在內(nèi)核空間中；而進(jìn)程的用戶空間主要存儲代碼和數(shù)據(jù)。

2.進(jìn)程的創(chuàng)建

進(jìn)程是通過調(diào)用::fork()，::vfork()和::clone()系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建新進(jìn)程。在內(nèi)核中，它們都是調(diào)用do_fork實(shí)現(xiàn)的。傳統(tǒng)的fork函數(shù)直接把父進(jìn)程的所有資源復(fù)制給子進(jìn)程。而Linux的::fork()使用寫時拷貝頁實(shí)現(xiàn)，也就是說，父進(jìn)程和子進(jìn)程共享同一個資源拷貝，只有當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，數(shù)據(jù)才會發(fā)生復(fù)制。通常的情況，子進(jìn)程創(chuàng)建后會立即調(diào)用exec()，這樣就避免復(fù)制父進(jìn)程的全部資源。

三者的區(qū)別如下：

::fork()：父進(jìn)程的所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都會復(fù)制一份給子進(jìn)程（寫時拷貝頁）。

::vfork()：只復(fù)制task_struct和內(nèi)核堆棧，所以生成的只是父進(jìn)程的一個線程（無獨(dú)立的用戶空間）。

::clone()：功能強(qiáng)大，帶了許多參數(shù)。::clone()可以讓你有選擇性的繼承父進(jìn)程的資源，既可以選擇像::vfork()一樣和父進(jìn)程共享一個虛擬空間，從而使創(chuàng)造的是線程，你也可以不和父進(jìn)程共享，你甚至可以選擇創(chuàng)造出來的進(jìn)程和父進(jìn)程不再是父子關(guān)系，而是兄弟關(guān)系。

3. 進(jìn)程的撤銷

進(jìn)程通過調(diào)用exit()退出執(zhí)行，這個函數(shù)會終結(jié)進(jìn)程并釋放所有的資源。父進(jìn)程可以通過wait4()查詢子進(jìn)程是否終結(jié)。進(jìn)程退出執(zhí)行后處于僵死狀態(tài)，直到它的父進(jìn)程調(diào)用wait()或者waitpid()為止。父進(jìn)程退出時，內(nèi)核會指定線程組的其他進(jìn)程或者init進(jìn)程作為其子進(jìn)程的新父進(jìn)程。當(dāng)進(jìn)程接收到一個不能處理或忽視的信號時，或當(dāng)在內(nèi)核態(tài)產(chǎn)生一個不可恢復(fù)的CPU異常而內(nèi)核此時正代表該進(jìn)程在運(yùn)行，內(nèi)核可以強(qiáng)迫進(jìn)程終止。

4. 進(jìn)程管理

內(nèi)核把進(jìn)程信息存放在叫做任務(wù)隊(duì)列（task list）的雙向循環(huán)鏈表中（內(nèi)核空間）。鏈表中的每一項(xiàng)都是類型為task_struct，稱為進(jìn)程描述符結(jié)構(gòu)（process descriptor），包含了一個具體進(jìn)程的所有信息，包括打開的文件，進(jìn)程的地址空間，掛起的信號，進(jìn)程的狀態(tài)等。

Linux通過slab分配器分配task_struct，這樣能達(dá)到對象復(fù)用和緩存著色（通過預(yù)先分配和重復(fù)使用task_struct，可以避免動態(tài)分配和釋放所帶來的資源消耗）。

內(nèi)核把所有處于TASK_RUNNING狀態(tài)的進(jìn)程組織成一個可運(yùn)行雙向循環(huán)隊(duì)列。調(diào)度函數(shù)通過掃描整個可運(yùn)行隊(duì)列，取得最值得執(zhí)行的進(jìn)程投入執(zhí)行。避免掃描所有進(jìn)程，提高調(diào)度效率。

5. 進(jìn)程的內(nèi)核堆棧

Linux為每個進(jìn)程分配一個8KB大小的內(nèi)存區(qū)域，用于存放該進(jìn)程兩個不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：thread_info和進(jìn)程的內(nèi)核堆棧。

進(jìn)程處于內(nèi)核態(tài)時使用不同于用戶態(tài)堆棧，內(nèi)核控制路徑所用的堆棧很少，因此對棧和描述符來說，8KB足夠了。