進程：「若要問我從哪裡來，這還要從作業系統的發展說起。」（進程的回憶開始了）那是在20世紀50年代中期，出現了第一代計算機，那時候還需要程式設計師親自手工操作穿孔的紙帶卡片，雖然CPU的速度在迅速提高，但是I/O設備的速度卻提高緩慢，來看看CPU和人工處理的I/O設備的日常對話。

相傳，為了解決人機矛盾及CPU和I/O設備之間速度不匹配的矛盾，脫機I/O技術誕生了，看看那時候CPU在聊些什麼。

為了提高系統資源利用率和吞吐量，單道批處理系統誕生了，這下好了，任務一個接一個來，CPU總算是能表現一下自己了，來看看這時候CPU和OS監督程序的對話。

雖然單道批處理系統提高了系統資源的利用率和系統的吞吐量，但是仍然不能充分地利用系統資源，因為在內存中僅有一道程序，程序在運行中發出I/O請求後，CPU就在那一直等，當時的情況是這樣的。

雖然如此，但是問題依舊不大，因為在20世紀60年代中期，引入了多道程序的設計技術，形成了多道批處理系統，進一步提高了資源的利用率和系統吞吐量，我也是在這個時期開始形成的，當時可把CPU樂壞了。

後來的後來，為了方便用戶，CPU繼續發展，各種作業系統也是層出不窮，例如常見的Windows 、Linux、Contiki 等，然而我的作用依舊不可替代。

講講我的故事

你以為進程我三頭六臂，真的那麼大本事，可以讓一個CPU核心同時運行多個程序？別你以為了，只是一種錯覺，只是作業系統的並發性罷了，實際上一個CPU核心在同一時刻只能運行一個程序，只不過是我快速切換，讓CPU這個高速的傢伙閒不下來，知道真相的你，是不是覺得理解錯了呢？事實上現在的CPU已經可以同一時刻運行多個程序啦，因為現在的CPU有多個核心吶。

我們也不容易呀，雖然讓CPU這傢伙完全跑了起來，有效地改善了資源利用率，提高了系統吞吐量，但是我們把作業系統弄的更複雜了，如果我們不受約束的話，就會隨意爭奪系統資源，給作業系統老大帶來麻煩，程序也會顯現出不可再現性。老大當然不允許了，於是和我約法三章，定了一些硬體同步機制、信號量機制、管程機制等一系列同步機制，好讓老大更加穩定可靠。

當然我們進程之間也經常聯繫呢，早期的通信被人們叫做低級進程通信，當然這時候我們進程的通信人們才不知道呢。後來，OS老大更強大了，制定了高級通信機制，他給人們提供了高級通信工具，我們進程之間的通信能傳送大量的數據了，對人們也透明了，這個高級通信機制，被人們歸了四類，分別是：共享存儲系統、管道通信系統、消息傳遞系統和客戶機-伺服器系統。

聽了我們進程的故事，是不是對我有所了解呢，其實我們家族的故事多著呢，有興趣可以自己去了解一番，這裡有一張金榮製作的思維導圖，有助於更好地了解我們，收好。

看看我的模樣

也許你對我已經有所了解，那麼現在就請你在Linux OS中看看我的真面目吧，要問我到底是誰，我只是一些程序和數據罷了，也可以認為我就是運行中的程序。Linux OS老大為了管住我，將我的狀態信息、連結信息、各種標識符、進程間通信信息、時間和定時器信息、調度信息、文件系統信息、虛擬內存信息、處理器環境信息等封印在一個巨大的結構體中，江湖上稱之為進程控制塊（Process Contrlo Block），簡稱PCB，在內核源碼中的定義是醬紫的，且看Linux內核3.18.43版本的源碼，具體在/include/linux下的頭文件sched.h中的第1237行代碼。

了解我的狀態，這點很重要，在一般的作業系統中，我的狀態有就緒態、運行態和等待態三種狀態，而在Linux OS中，為了管理上的方便，我的狀態被改造成了就緒態、睡眠態、暫停態和僵死態，狀態轉換是醬紫的。

當然了，我們進程也並非長生不老，陳莉君老師就對我們極為了解，不信請看看陳老師語錄：

隨著一句fork，一個新進程呱呱落地，但這時它只是老進程的一個克隆。然後，隨著exec，新進程脫胎換骨，離家獨立，開始了獨立工作的職業生涯。

人有生老病死，進程也一樣，它可以是自然死亡，即運行到主（main）函數的最後一個"}"，從容地離我們而去；也可以是中途退場，退場有2種方式，一種是調用exit函數，一種是在主（main）函數內使用return，無論哪一種方式，它都可以留下留言，放在返回值里保留下來；甚至它還可能被謀殺，被其它進程通過另外一些方式結束它的生命。

進程死掉以後，會留下一個空殼，wait站好最後一班崗，打掃戰場，使其最終歸於無形。這就是進程完整的一生。

和我交朋友吧

想和我們交朋友嗎，那就了解一下我的組織方式吧。為了對我們進行有效的搜索，內核建立了幾個進程鍊表，每個進程鍊表由指向進程PCB的指針組成。當內核要根據我們的PID導出對應PCB的時候，遍歷進程鍊表檢查PCB中的PID太慢了，於是引入了哈希表，Linux OS中用了一個叫做pid_hashfn的宏，來實現把PID轉換成表的索引的哈希函數。

在這裡獻上一個內核模塊，功能為遍歷進程鍊表，列印pcb相關欄位的內核模塊，並配上詳細注釋：

模塊代碼

# include 
# include 
# include 
# include 
# include 
# include 
# include 
# include 
//內核模塊初始化函數
static int __init traverse_pcb(void)
{
\tstruct task_struct *task, *p;//定義指向task_struct類型的指針
\tstruct list_head *pos;//定義雙向鍊表指針
\tint count=0;//定義統計系統進程個數的變量
\tprintk("Printf process'message begin:\\n");//提示模塊開始運行
\ttask = &init_task;//指向0號進程的PCB
\t
\tlist_for_each(pos,&task->tasks)//使用list_for_each宏來遍歷進程鍊表
\t{
\t\tp = list_entry(pos,struct task_struct,tasks);//指向當前進程的task_struct結構
\t\tcount++;//統計系統進程個數
\t\tprintk("\\n\\n");//方便查看後續列印信息
\t\t/*
\t\t列印task_struct中的欄位，其中pid：進程的pid號；state：進程的狀態；
\t\tprio:動態優先級；static_prio:靜態優先級; parent'pid:父進程的pid號；
\t\tcount:文件系統信息，文件被使用的次數; umask:進程權限位的默認設置;
\t\t使用atomic_read原子操作是為了(p->files)->count欄位計數不被打斷
\t\t*/
\t\tprintk("pid:%d; state:%lx; prio:%d; static_prio:%d; parent'pid:%d; count:%d; umask:%d;",\t\\
\t\t\tp->pid,p->state,p->prio,p->static_prio,(p->parent)->pid,\t\t\t\t\t\t\t\t\\
\t\t\tatomic_read((&(p->files)->count)),(p->fs)->umask);
\t\t//列印進程地址空間的信息
\t\tif((p->mm)!=NULL)
\t\t\tprintk("total_vm:%ld;",(p->mm)->total_vm);//total_vm：線性區總的頁數
\t}
\tprintk("進程的個數：%d\\n",count);//列印進程個數
\treturn 0;
}
//內核模塊退出函數
static void __exit end_pcb(void)
{
\tprintk("traverse pcb is end.");
}
module_init(traverse_pcb);//入口
module_exit(end_pcb);//出口
MODULE_LICENSE("GPL");//許可證

Makefile

#產生目標文件
obj-m:=traverse_pcb.o
#路徑變量，指明當前路徑
CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
#指明內核版本號
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r)
#指明內核源碼的絕對路徑
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL)
#編譯模塊
all:
\tmake -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
#清理模塊
clean:
\tmake -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean

編譯加載

查看結果

上圖中，我們可以看到每個進程的pid號，進程的狀態，動態優先級，靜態優先級，父進程的pid號，文件系統信息（文件被使用的次數），進程權限位的默認設置，總進程數等。有些進程的total_vm是空的，說明他們是內核線程。