在 Linux 系統編程中，進程（Process） 是操作系統進行資源分配和調度的基本單位。理解進程的概念是掌握系統編程、多任務處理、并發編程的基礎。

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目錄

一、什么是進程？

定義：

二、進程的生命周期

示例：查看當前系統中的進程

三、進程的狀態（STAT）

四、進程的父子關系與進程樹

示例：查看進程樹

關鍵概念：

五、進程標識符（PID 和 PPID）

示例：查看當前 shell 的 PID 和 PPID

六、前臺進程與后臺進程

示例：將進程放入后臺運行

七、進程的優先級（Nice 值）

查看 nice 值：

設置 nice 值啟動進程：

修改已有進程的 nice 值：

八、進程相關的系統調用（C語言接口）

九、第一個 C 程序：演示 fork() 創建進程

示例代碼：process_example.c

編譯并運行：

十、總結知識點圖解（知識樹狀圖）

十一、課后練習建議

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一、什么是進程？

定義：

進程是一個程序的執行實例，包括：

• 程序代碼（Text Segment）
• 當前活動（如寄存器的狀態、程序計數器等）
• 數據段（Data Segment）
• 堆棧（Stack）
• 打開的文件、信號處理函數等資源

簡單來說：一個正在運行的程序就是一個進程。

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二、進程的生命周期

一個進程從創建到終止，會經歷以下幾個階段：

+-------------------+
|     創建進程      |   fork()
+-------------------+|v
+-------------------+
|    運行/就緒狀態  |
+-------------------+|v
+-------------------+
| 阻塞（等待I/O等） |
+-------------------+|v
+-------------------+
|     終止或退出    | exit(), _exit()
+-------------------+

示例：查看當前系統中的進程

ps aux

輸出示例（簡化）：

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

各列含義簡要說明：

列名	含義
USER	進程所有者
PID	進程 ID
%CPU	占用 CPU 百分比
%MEM	占用內存百分比
VSZ	虛擬內存使用量（KB）
RSS	實際物理內存使用量（KB）
TTY	控制終端
STAT	進程狀態
START	進程啟動時間
TIME	占用 CPU 時間總和
COMMAND	啟動命令

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三、進程的狀態（STAT）

Linux 中進程常見的狀態有以下幾種：

狀態字符	含義
R (Running)	正在運行或準備運行
S (Sleeping)	可中斷的睡眠狀態（等待某事件）
D (Disk Sleep)	不可中斷的睡眠（通常在 I/O）
Z (Zombie)	僵尸進程（已結束但未被回收）
T (Stopped)	被停止（如收到 SIGSTOP）
X (Dead)	已死亡（不會出現在 ps 中）

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四、進程的父子關系與進程樹

每個進程都有一個父進程（除了 init/systemd），通過 fork() 創建子進程。

示例：查看進程樹

pstree

輸出示例：

systemd─┬─NetworkManager───2*[{NetworkManager}]├─login───bash└─sshd───bash───vim

關鍵概念：

• 父進程（Parent Process）：創建其他進程的進程。
• 子進程（Child Process）：由父進程創建的進程。
• 僵尸進程（Zombie Process）：子進程結束后，父進程沒有調用?wait()?或?waitpid()?獲取其退出狀態，該子進程變成僵尸進程。
• 孤兒進程（Orphan Process）：父進程先于子進程結束，子進程成為孤兒進程，由?init（PID=1）接管。

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五、進程標識符（PID 和 PPID）

• PID（Process ID）：進程的唯一標識號。
• PPID（Parent Process ID）：父進程的 PID。

示例：查看當前 shell 的 PID 和 PPID

echo "Current PID: $$"
echo "Parent PID: $PPID"

輸出示例：

Current PID: 12345
Parent PID: 11111

你也可以使用 ps 查看詳細信息：

ps -p 12345 -o pid,ppid,comm

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六、前臺進程與后臺進程

• 前臺進程：占用終端，用戶可以直接交互。
• 后臺進程：不占用終端，通常用于長時間運行的任務。

示例：將進程放入后臺運行

sleep 100 &   # 在后臺運行

查看后臺進程：

jobs

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七、進程的優先級（Nice 值）

Linux 使用 nice 值 來控制進程的優先級，默認值為 0，范圍為 -20（最高優先級）到 19（最低優先級）。

查看 nice 值：

ps -l

設置 nice 值啟動進程：

nice -n 10 sleep 100 &

修改已有進程的 nice 值：

renice 5 -p 12345

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八、進程相關的系統調用（C語言接口）

這些是 Linux 編程中最常用的系統調用：

系統調用	功能描述
fork()	創建子進程
exec()?系列	替換當前進程為新程序
wait()	等待子進程結束
exit()	終止當前進程
getpid()	獲取當前進程的 PID
getppid()	獲取父進程的 PID

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九、第一個 C 程序：演示 fork() 創建進程

示例代碼：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();  // 創建子進程if (pid < 0) {fprintf(stderr, "Fork failed\n");return 1;} else if (pid == 0) {// 子進程printf("This is the child process (PID: %d), Parent PID: %d\n", getpid(), getppid());} else {// 父進程printf("This is the parent process again (PID: %d), Child PID: %d\n", getpid(), pid);}return 0;
}

編譯并運行：

gcc process_example.c -o process_example
./process_example

輸出示例（順序可能不同）：

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

注意：由于父進程和子進程是并發執行的，所以輸出順序可能不確定。

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十、總結知識點圖解（知識樹狀圖）

進程的概念
│
├── 什么是進程？
│   ├── 程序的執行實例
│   └── 包含代碼、數據、堆棧、資源等
│
├── 進程生命周期
│   ├── 創建 → 運行 → 阻塞 → 終止
│   └── fork(), exec(), exit()
│
├── 進程狀態（STAT）
│   ├── R/S/D/Z/T/X
│
├── 進程關系與進程樹
│   ├── 父進程與子進程
│   ├── 僵尸進程 vs 孤兒進程
│   └── pstree 命令查看樹結構
│
├── 進程標識符
│   ├── PID（當前進程ID）
│   └── PPID（父進程ID）
│
├── 前臺進程 vs 后臺進程
│   ├── jobs, &, fg, bg
│
├── 進程優先級（nice）
│   ├── nice, renice 命令
│
└── 進程相關系統調用（C語言）├── fork()├── exec()├── wait()├── exit()├── getpid()└── getppid()

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十一、課后練習建議

1. 使用?ps?命令查找當前運行的所有?bash?進程。
2. 寫一個 Shell 腳本，在后臺運行多個?sleep?命令，并使用?jobs?查看它們的狀態。
3. 編寫一個 C 程序，使用?fork()?創建兩個子進程，分別打印不同的信息。
4. 嘗試使用?nice?和?renice?修改某個進程的優先級。