目錄

一、Linux的進程、線程概念

（一）命令控制進程

1、命令查看各進程的編號pid

2、命令終止一個進程pid

二、初識Linux系統的虛擬機內存管理

（一）虛擬機內存管理

（二）與STM32內存管理對比

三、Linux調用函數編程

具體操作：

四、總結

一、Linux的進程、線程概念

Linux中的進程（Process）和線程（Thread）是操作系統進行任務調度的核心概念。

• 進程是資源分配的基本單位，每個進程擁有獨立的內存空間、文件描述符等系統資源。進程之間相互隔離，需通過進程間通信（IPC）交換數據。
• 線程是進程內的執行單元，屬于同一進程的多個線程共享進程的內存和資源（如代碼段、全局變量）。線程獨立調度，切換開銷小，適合需要并發執行的場景。

?????????在Linux中，線程通過輕量級進程（Lightweight Process, LWP）實現，底層由clone()系統調用創建。內核使用task_struct結構統一管理進程和線程，區別在于資源共享程度：線程屬于同一線程組（TGID相同），共享內存；而不同進程的TGID不同，資源獨立。

（一）命令控制進程

????????如表為部分控制進程二點命令，但是此處我們著重操作查看進程編號和終止進程

分類	命令	功能描述
查看進程信息	ps	列出當前進程快照
	top / htop	動態監控進程資源占用
終止進程	kill	通過PID發送信息終止進程
	killall	通過進程名批量終止
調整優先級	nice	啟動新進程時設置優先級（范圍：-20~19）
	renice	修改已運行進程的優先級
后臺進程管理	nohup	忽略掛斷信號，使進程在終端關閉后仍運行
	jobs/fg/bg	管理當前終端的后臺作業

1、命令查看各進程的編號pid

????????進程編號（PID）是Linux內核為每個運行中的進程分配的唯一數字標識。通過PID，用戶可以精準定位目標進程并對其進行管理。以下命令可用于快速獲取當前系統中的進程信息：

查看進程此處我用的指令是：

ps -a

則會顯示出如下圖所示結果：

2、命令終止一個進程pid

????????當進程出現異常或需要主動釋放資源時，可通過發送終止信號（Signal）強制結束進程。Linux提供多種信號類型，默認使用SIGTERM（15）請求進程正常退出，若未響應可升級至SIGKILL（9）強制終止。

????????此處要達到終止一個進程的效果，我們可以先創建一個新的進程，再強制終止，步驟如下：

• 啟動測試進程：

sleep 300 &  # 后臺運行一個休眠300秒的進程

• 查找其PID：

ps -a | grep sleep

• 終止進程

kill 1936

二、初識Linux系統的虛擬機內存管理

（一）虛擬機內存管理

????????Linux內存管理通過虛擬內存和分頁技術為進程提供獨立地址空間，由MMU通過頁表映射至物理內存或Swap。采用按需分頁，訪問時觸發缺頁中斷分配內存；內存不足時通過LRU等算法換出非活躍頁，由kswapd回收資源，極端時OOM Killer終止進程。寫時復制優化進程創建效率。該機制確保進程隔離、內存高效利用及動態擴展能力

（二）與STM32內存管理對比

????????Linux的虛擬內存管理與STM32的真實物理內存映射在設計理念和應用場景上有顯著區別，主要體現在以下幾個方面：

1. 地址隔離與抽象
   Linux通過MMU將虛擬地址映射到物理內存，實現進程間內存隔離；STM32直接操作物理地址，無隔離，需手動管理布局，易因越界操作崩潰。

2. 保護與擴展能力
   Linux利用頁表權限和Swap擴展內存，防御攻擊；STM32依賴有限MPU保護關鍵區，無動態擴展，內存嚴格受限。

3. 實時性與開銷
   STM32物理內存訪問確定、無轉換延遲，適合實時控制；Linux可能因頁錯誤或Swap引入延遲，且MMU管理消耗資源。

4. 開發模式
   Linux自動管理內存，簡化開發；STM32需手動分配內存/外設，底層控制強但易出錯。

三、Linux調用函數編程

????????接下來我們將熟悉通過虛擬機在Linux系統中編寫c語言程序，熟練調用?fork()、wait()、exec() 等函數。首先我們了解一下上述幾個函數的含義：

1、fork( )：創建子進程

• 功能：復制當前進程（父進程），生成一個幾乎完全相同的子進程。

• 特點：

  • 調用一次，返回兩次：父進程返回子進程的 PID（進程標識符），子進程返回?0。

  • 子進程繼承父進程的代碼、數據段、堆棧和文件描述符等資源。

2、wait( ）?：回收子進程資源

• 功能：父進程阻塞等待子進程終止，并回收其資源

• 特點：

  • wait(NULL) 等待任意子進程結束；waitpid( ) 可指定等待特定子進程。

  • 通過參數獲取子進程退出狀態。

3、exec( )執行新程序

• 功能：加載并運行一個新的可執行程序，替換當前進程的代碼和數據。

• 特點：

  • 屬于函數族，參數傳遞方式不同。

  • 調用成功后，原進程的代碼段、數據段等被新程序完全覆蓋，但進程 PID 不變。

具體操作：

1、打開XTerminal

登錄我們老師分配的阿里云服務器Ubuntu系統的賬號，進入終端

2、通過命令創建Homework文件夾

mkdir ~/homework && cd ~/homework

3、在homework文件夾中通過vi命令創建C語言文件并寫入測試代碼

vi example.c

測試代碼：

#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid == -1) {perror("fork失敗");exit(EXIT_FAILURE);} else if (pid == 0) {// 子進程執行ls -lprintf("子進程PID: %d\n", getpid());execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);// 若execl失敗，執行以下代碼perror("execl失敗");exit(EXIT_FAILURE);} else {// 父進程等待子進程printf("父進程，等待子進程PID: %d\n", pid);int status;wait(&status);if (WIFEXITED(status)) {printf("子進程退出碼: %d\n", WEXITSTATUS(status));}printf("父進程結束\n");}return 0;
}

代碼分析：

（1）使用 fork( ) 創建子進程

pid_t pid = fork();

• 調用fork( )創建一個新進程（子進程）。

（2）錯誤處理：fork失敗

if (pid == -1) {perror("fork失敗");exit(EXIT_FAILURE);
}

• 如果fork( )?失敗（返回?-1），打印錯誤信息并終止程序。

（3）子進程邏輯

else if (pid == 0) {// 子進程代碼printf("子進程PID: %d\n", getpid());execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);perror("execl失敗");exit(EXIT_FAILURE);
}

• 子進程通過getid( )獲取自身PID并打印，隨后調用execl("/bin/ls","ls","-l",NULL)執行ls -1命令，若路徑或參數錯誤則通過perror( )輸出錯誤信息并調用exit(1)終止自身。

（4）父進程邏輯

else {// 父進程代碼printf("父進程，等待子進程PID: %d\n", pid);int status;wait(&status);if (WIFEXITED(status)) {printf("子進程退出碼: %d\n", WEXITSTATUS(status));}printf("父進程結束\n");
}

• 父進程通過wait(&status)阻塞等待子進程終止，檢查其是否正常退出（WIFEXITED），獲取退出碼（WEXITSTATUS），最后打印父進程結束信息。

4、對編輯好的文件保存并退出

????????在下方的對話框中輸入如下指令則可進行對應操作

（1）保存文件：

:w

• ：表示進入命令輸入狀態。
• w 表示寫入（write），即保存文件。

（2）退出 vi

:q

• q表示退出（quit）。
• 按?ctrl+enter?退出 vi。

5、編譯并運行

????????回到終端界面輸入以下命令即可編譯并運行

gcc example.c -o example
./example

結果：

四、總結

????????在本次學習中，我深入理解了Linux的進程與線程概念，掌握了通過ps、kill等命令查看和終止進程的操作，并通過fork()、wait()、exec()函數實現父子進程協作的編程實踐。對比Linux虛擬內存與STM32物理內存管理機制，我認識到前者通過隔離與動態擴展提升安全性與靈活性，而后者以實時性和確定性服務于嵌入式場景。通過編寫C程序調用系統函數，我進一步熟悉了多進程資源管理及錯誤處理流程，鞏固了理論與實踐的銜接能力，為后續復雜系統開發奠定了基礎。