一、进程本质与核心结构
进程是程序在计算机中的执行过程，操作系统为其分配内存、CPU等资源，是资源调度和分配的基本单位。与静态存储在硬盘中的程序不同，进程具有动态性，涵盖创建、调度、运行到消亡的完整生命周期。
程序是永存的代码与数据集合，而进程是暂时的执行过程。进程会经历状态变化，支持并发执行，且多个进程之间会竞争系统资源。一个程序可多次运行生成多个进程，一个进程也可关联运行一个或多个程序。
进程控制块（PCB）是描述进程的核心结构体，包含进程运行所需的所有关键信息：
- 进程标识符（PID）：唯一标识进程的编号
- 系统属性：当前工作路径、用户ID（UID）、组ID、umask权限掩码（默认0002）
- 资源管理：进程打开的文件列表（默认最大1024个）、栈大小（默认8192KB即8M）等资源限制
- 运行状态：信号处理配置、CPU寄存器状态、程序计数器（PC）等
- 内存映射：虚拟地址与物理地址的映射关系，由内存管理单元（MMU）负责地址转换
二、内存空间与隔离机制
进程的内存空间划分为多个区域：
- 代码段（Code）：存储程序的可执行代码，权限为只读
- 数据段（Data）：存储已初始化的全局变量和静态变量
- 堆（Heap）：动态内存分配区域，由程序员通过malloc、free等函数手动管理
- 栈（Stack）：存储局部变量、函数参数和返回地址，默认大小为8M，遵循"先进后出"原则
- 共享/映射区（Share/map）：用于进程间共享数据或映射文件内容
多进程环境中，操作系统通过两大机制保障稳定性和安全性：
- 内存隔离：借助MMU实现虚拟内存技术，每个进程拥有独立的虚拟地址空间
- 权限控制：进程访问内核资源需通过权限校验，防止未授权操作破坏系统稳定性
三、进程分类与核心功能
根据运行特性和使用场景，进程可分为三类：
- 交互式进程：运行过程中需要用户输入交互，如终端命令执行、图形界面应用
- 批处理进程：通过shell脚本批量执行预设命令，无需实时用户干预
- 守护进程：后台自动运行的进程，默认处于休眠状态，通常以"d"为后缀命名
进程的核心价值在于实现"并发"——操作系统在一个时间段内同时运行多个任务的能力。宏观上看多个进程似乎在同时运行；微观上，由于CPU资源有限，通过调度算法实现进程的快速切换。
四、进程状态与转换机制
Linux系统中进程具有以下关键状态：
- 运行态（Running，0）：分为用户运行态和内核运行态，进程正在占用CPU执行指令
- 就绪态：进程已具备运行条件，等待CPU调度
- 可中断睡眠状态（Interruptible，1）：进程因等待资源而睡眠，可被信号唤醒
- 不可中断睡眠状态（Uninterruptible，2）：进程深度睡眠，用于关键资源等待
- 暂停状态（Stopped）：进程被暂停执行，需通过特定信号恢复
- 终止态（3）：进程执行完毕或异常终止
- 僵死状态（Zombie）：子进程消亡后，用户内存空间释放，但内核中的PCB未被回收
状态转换规则：
- 就绪态→运行态：CPU调度器选择就绪队列中的进程分配时间片
- 运行态→就绪态：进程时间片耗尽，或有更高优先级进程进入就绪态
- 运行态→阻塞态（睡眠状态）：进程等待资源，主动放弃CPU
- 阻塞态→就绪态：等待的资源满足，进程被唤醒
- 运行态→终止态：进程正常结束或异常终止
- 终止态→僵死态：子进程先于父进程消亡，PCB未被回收
五、进程调度算法
Linux采用多种调度算法：
- 时间片轮转：将CPU时间划分为固定长度的时间片，按顺序分配给就绪进程
- 短任务优先：优先调度执行时间较短的进程，减少平均等待时间
- 进程优先级：进程拥有静态优先级（PR）和动态优先级（NI）
- 完全公平调度算法（CFS）：基于"完全公平"原则，动态调整调度权重
六、进程上下文切换
当一个进程的时间片耗尽或主动放弃CPU时，操作系统会触发上下文切换：
- 保存当前进程状态：将进程的PCB信息、CPU寄存器值、程序计数器（PC）、内存数据等缓存至硬盘
- 释放CPU资源：当前进程从运行态转为就绪态或阻塞态
- 加载目标进程：从硬盘读取待运行进程的缓存数据，恢复其PCB、寄存器状态
七、进程操作命令与函数
常用命令：
ps aux：显示系统中所有进程的详细信息top：实时监控进程状态，动态刷新CPU、内存使用情况kill -9 pid：强制终止指定PID的进程killall -9 进程名：强制终止所有同名进程ulimit -a：查看当前用户的进程资源限制
核心系统函数：
pid_t fork()：从当前进程克隆一个子进程pid_t getpid(void)：获取当前进程的PIDpid_t getppid(void)：获取当前进程的父进程PIDvoid exit(int status)：C库函数，终止进程时刷新缓冲区void _exit(int status)：系统调用，终止进程时不刷新缓冲区pid_t wait(int *status)：父进程阻塞等待任意子进程退出
八、特殊进程
僵尸进程：
- 产生原因：子进程先于父进程消亡，父进程未调用wait/waitpid回收其PCB
- 危害：僵尸进程的PCB占用内核内存，长期积累会导致内核内存不足
- 排查：通过
ps aux或top命令查看状态为"Z"的进程
孤儿进程：
- 产生原因：父进程先于子进程消亡，子进程失去父进程
- 处理机制：孤儿进程会自动被init进程（PID=1）或系统指定进程收养
