計算機實際上可以做的事情實質(zhì)上非常簡單，比如計算兩個數(shù)的和，再比如在內(nèi)存中尋找到某個地址等等。這些最基礎的計算機動作被稱為指令 (instruction)。所謂的程序(program)，就是這樣一系列指令的所構成的集合。通過程序，我們可以讓計算機完成復雜的操作。程序大多數(shù)時候被存儲為可執(zhí)行的文件。這樣一個可執(zhí)行文件就像是一個菜譜，計算機可以按照菜譜作出可口的飯菜。

那么，程序和進程(process)的區(qū)別又是什么呢?

進程是程序的一個具體實現(xiàn)。只有食譜沒什么用，我們總要按照食譜的指點真正一步步實行，才能做出菜肴。進程是執(zhí)行程序的過程，類似于按照食譜，真正去做菜的過程。同一個程序可以執(zhí)行多次，每次都可以在內(nèi)存中開辟獨立的空間來裝載，從而產(chǎn)生多個進程。不同的進程還可以擁有各自獨立的IO接口。

操作系統(tǒng)的一個重要功能就是為進程提供方便，比如說為進程分配內(nèi)存空間，管理進程的相關信息等等，就好像是為我們準備好了一個精美的廚房。

看一眼進程

首先，我們可以使用$ps命令來查詢正在運行的進程，比如$ps -eo pid,comm,cmd，下圖為執(zhí)行結果:

(-e表示列出全部進程，-o pid,comm,cmd表示我們需要PID，COMMAND，CMD信息) 

每一行代表了一個進程。每一行又分為三列。***列PID(process IDentity)是一個整數(shù)，每一個進程都有一個***的PID來代表自己的身份，進程也可以根據(jù)PID來識別其他的進程。第二列COMMAND是這個進程的簡稱。第三列CMD是進程所對應的程序以及運行時所帶的參數(shù)。

(第三列有一些由中括號[]括起來的。它們是內(nèi)核的一部分功能，被打扮成進程的樣子以方便操作系統(tǒng)管理。我們不必考慮它們。)

我們看***行，PID為1，名字為init。這個進程是執(zhí)行/bin/init這一文件(程序)生成的。當Linux啟動的時候，init是系統(tǒng)創(chuàng)建的***個進程，這一進程會一直存在，直到我們關閉計算機。這一進程有特殊的重要性，我們會不斷提到它。

如何創(chuàng)建一個進程

實際上，當計算機開機的時候，內(nèi)核(kernel)只建立了一個init進程。Linux內(nèi)核并不提供直接建立新進程的系統(tǒng)調(diào)用。剩下的所有進程都是init進程通過fork機制建立的。新的進程要通過老的進程復制自身得到，這就是fork。fork是一個系統(tǒng)調(diào)用。進程存活于內(nèi)存中。每個進程都在內(nèi)存中分配有屬于自己的一片空間 (address space)。當進程fork的時候，Linux在內(nèi)存中開辟出一片新的內(nèi)存空間給新的進程，并將老的進程空間中的內(nèi)容復制到新的空間中，此后兩個進程同時運行。

老進程成為新進程的父進程(parent process)，而相應的，新進程就是老的進程的子進程(child process)。一個進程除了有一個PID之外，還會有一個PPID(parent PID)來存儲的父進程PID。如果我們循著PPID不斷向上追溯的話，總會發(fā)現(xiàn)其源頭是init進程。所以說，所有的進程也構成一個以init為根的樹狀結構。

如下，我們查詢當前shell下的進程：

root@vamei:~# ps -o pid,ppid,cmd 
  PID  PPID CMD16935  3101 sudo -i16939 16935 -bash23774 16939 ps -o pid,ppid,cmd  

我們可以看到，第二個進程bash是***個進程sudo的子進程，而第三個進程ps是第二個進程的子進程。

還可以用$pstree命令來顯示整個進程樹：

init─┬─NetworkManager─┬─dhclient     │                └─2*[{NetworkManager}] 
     ├─accounts-daemon───{accounts-daemon} 
     ├─acpid     ├─apache2─┬─apache2     │         └─2*[apache2───26*[{apache2}]] 
     ├─at-spi-bus-laun───2*[{at-spi-bus-laun}] 
     ├─atd     ├─avahi-daemon───avahi-daemon     ├─bluetoothd     ├─colord───2*[{colord}] 
     ├─console-kit-dae───64*[{console-kit-dae}] 
     ├─cron     ├─cupsd───2*[dbus] 
     ├─2*[dbus-daemon] 
     ├─dbus-launch     ├─dconf-service───2*[{dconf-service}] 
     ├─dropbox───15*[{dropbox}] 
     ├─firefox───27*[{firefox}] 
     ├─gconfd-2 
     ├─geoclue-master     ├─6*[getty] 
     ├─gnome-keyring-d───7*[{gnome-keyring-d}] 
     ├─gnome-terminal─┬─bash     │                ├─bash───pstree     │                ├─gnome-pty-helpe     │                ├─sh───R───{R} 
     │                └─3*[{gnome-terminal}]  

fork通常作為一個函數(shù)被調(diào)用。這個函數(shù)會有兩次返回，將子進程的PID返回給父進程，0返回給子進程。實際上，子進程總可以查詢自己的PPID來知道自己的父進程是誰，這樣，一對父進程和子進程就可以隨時查詢對方。

通常在調(diào)用fork函數(shù)之后，程序會設計一個if選擇結構。當PID等于0時，說明該進程為子進程，那么讓它執(zhí)行某些指令,比如說使用exec庫函數(shù)(library function)讀取另一個程序文件，并在當前的進程空間執(zhí)行 (這實際上是我們使用fork的一大目的: 為某一程序創(chuàng)建進程);而當PID為一個正整數(shù)時，說明為父進程，則執(zhí)行另外一些指令。由此，就可以在子進程建立之后，讓它執(zhí)行與父進程不同的功能。

子進程的終結(termination)

當子進程終結時，它會通知父進程，并清空自己所占據(jù)的內(nèi)存，并在內(nèi)核里留下自己的退出信息(exit code，如果順利運行，為0;如果有錯誤或異常狀況，為>0的整數(shù))。在這個信息里，會解釋該進程為什么退出。父進程在得知子進程終結時，有責任對該子進程使用wait系統(tǒng)調(diào)用。這個wait函數(shù)能從內(nèi)核中取出子進程的退出信息，并清空該信息在內(nèi)核中所占據(jù)的空間。但是，如果父進程早于子進程終結，子進程就會成為一個孤兒(orphand)進程。孤兒進程會被過繼給init進程，init進程也就成了該進程的父進程。init進程負責該子進程終結時調(diào)用wait函數(shù)。

當然，一個糟糕的程序也完全可能造成子進程的退出信息滯留在內(nèi)核中的狀況(父進程不對子進程調(diào)用wait函數(shù))，這樣的情況下，子進程成為僵尸(zombie)進程。當大量僵尸進程積累時，內(nèi)存空間會被擠占。

進程與線程(thread)

盡管在UNIX中，進程與線程是有聯(lián)系但不同的兩個東西，但在Linux中，線程只是一種特殊的進程。多個線程之間可以共享內(nèi)存空間和IO接口。所以，進程是Linux程序的***的實現(xiàn)方式。

總結

程序，進程，PID，內(nèi)存空間

子進程，父進程，PPID，fork， wait