一、目的

    linux为了不同的进程管理目的，使用了不同的方法组织进程之间的关系，为了体现父子关系，使用了“树形”图；为了对同一信号量统一处理，使用了进程组；为了快速查找某个进程，使用了哈希表；为了进程调度，创建了运行队列、等待队列，将不同运行状态的进程放入不同的队列中。

    本文将讲述进程间的组织方式及特点。

二、父子关系、兄弟关系

    系统启动后创建第一个进程0（swapper，也叫idle）和进程1（init），之后进程0进入idle状态，当没有进程可以被调度的时候运行该进程，不做具体的事情；系统其它的进程都是由进程1创建的，所以进程1自然而然就是系统所有进程的父进程，系统进程之间的关系也就呈现出“树形”结构。

    进程1还负责处理僵尸进程。由于进程0不具备处理僵尸进程的能力，所以不能为进程1创建兄弟进程，否则当进程1的兄弟进程处于僵尸态时，系统就无法处理这些僵尸进程了。

    当一个进程创建新进程时，默认新进程是当前进程的子进程；当前进程是新进程的父进程。当使用CLONE_PARENT参数标志创建新进程时，当前进程和新进程拥有相同的父进程。

    当两个进程之间是父子关系时，父进程的children成员连接了所有子进程；子进程的sibling成员连接了该子进程的所有兄弟进程（即父进程的所有子进程），real_parent成员指向实际的父进程，parent成员指向了实际处理子进程SIGCHLD信号的进程。

    使用ps命令的-H参数可以显示进程的父子关系。例如，在当前bash下新建子进程bash，并在子进程bash中创建子进程ps，使用ps-H命令显示效果如下：

三、进程组

    在《linux进程管理（1）---进程描述符》的第三节详述了linux下进程与进程组的概念，为了满足POSIX标准，linux提出了进程组的概念；多个进程合作完成一个功能，那么这些进程可以放到一个进程组中。

    每个进程组都会指定一个进程为“组长”；“组员”通过使用group_leader成员指向“组长”；同时，“组长”使用thread_group成员将“组员”组织起来。

    使用进程组可以解决系统给一组进程发送同一信号量的场景，在该场景下，系统只需给“组长”发送信号量即可，所以处于同一进程组的进程之间共享信号量资源。

    默认情况下，新进程独自组成了一个进程组并且承担“组长”的责任；如果使用CLONE_THREAD参数标志，指定新进程与当前进程处于同一进程组，那么，此时当前进程与新进程之间不存在父子关系（实际上，新进程指向当前进程的父进程），但是这两个进程拥有相同的“组长”，所以，在这种情况下，从进程组的角度才能准确表达进程之间的关系。

    使用ps命令的-eLf参数可以查看进程组关系，显示结果中PID表示进程组ID（注意，此时PID的含义是tgid）、PPID表示父进程ID、LWP表示进程ID、NLWP表示进程组中进程的个数。

    例如，使用ps -eLf命令后，可以看到rsyslogd进程组有四个“组员”（即四个线程），“组长”的pid是821，“组员”的pid分别是821、844、895、896；821“组员”也是该组的“组长”。

    默认情况下proc文件系统显示的是进程组“组长”的文件夹，使用ps-eLf命令找到进程组“成员”的pid（对应轻量级进程的pid即LWP），然后直接在proc目录下cd到pid文件夹中即可。

四、哈希表

    为了快速查找某个进程，系统将所有进程连接在一个全局的链表中，表头是init进程的tasks成员；当一个进程被创建时，会将该进程的tasks成员链接到init进程的tasks中。

    所以，从当前进程出发，向上寻找父进程，一直找到init进程为止；那么就可以从init进程的tasks成员链表找到任意一个进程。

    使用ps命令的-AL参数可以显示所有进程，包括轻量级进程。

五、运行队列、等待队列

    调度程序使用运行队列和等待队列管理进程的调度，处于运行队列中的进程满足调度条件，随时等待调度程序将其放入cpu运行；处于等待队列中的进程由于缺乏某个资源而睡眠，当条件满足时被放入运行队列中。

    运行队列管理的是处于运行态的进程，等待队列管理的是睡眠态的进程（可中断态和不可中断态），其他状态的进程（退出态、停止态等）因为和系统调度无关，所以不会放入队列中管理。因此，只有运行态和睡眠态的进程才会被放入队列中。

    处于运行态的进程具有不同优先级，根据优先级又可以把进程放到不同优先级的运行队列中。

    等待队列是linux比较常用的数据结构，在很多地方都使用该结构，例如：中断处理、进程同步等场景。处于睡眠态的进程可能因为不同的事件而阻塞，所以根据事件类型又可以把进程放到不同事件的等待队列中。

六、全景视图

    为了有个直观的感受，给出一幅进程组织关系的全景视图。

    从图中可以看出，内核进程idle有两个孩子kthreadd、init；init进程有三个孩子ksyslogd，并且这三个孩子组成了一个进程组，“组长”是进程826，“组员”是进程845、进程887；此时，有一个等待队列，队列中有两个成员，分别指向了进程845、进程887。

七、总结

    为了管理进程的创建、消亡（处理僵尸进程等操作）使用了父子、兄弟关系；为了统一处理同一信号量，使用进程组关系；为了方便全局查找，使用了哈希表关系；为了调度程序，使用了运行队列、等待队列数据结构。

    我们不仅要掌握这些进程组织关系的具体含义，更重要的是思考linux精心设计这些组织关系背后的“驱动力”和技巧。当我们以后遇到类似场景时，能够“拿来主义”为我所用。

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linux进程管理(2)---进程的组织结构,古老的榕树,5-wow.com