Linux下多任务介绍

首先，先简单的介绍一下什么叫多任务系统？任务、进程、线程分别是什么？它们之间的区别是什么？，从而可以宏观的了解一下这三者，然后再针对每一个仔细的讲解。

什么叫多任务系统？多任务系统指可以同一时间内运行多个应用程序，每个应用程序被称作一个任务。

任务定义:任务是一个逻辑概念,指由一个软件完成的任务，或者是一系列共同达到某一目的的操作。

进程定义:进程是指一个具有独立功能的程序在某个数据集上的一次动态执行过程，它是系统进行资源分配和调度的最小单元。

线程定义:线程是进程内独立的一条运行路线，是处理器调度的最小单元，也可以成为轻量级进程。

看了定义，有点晕，还是通俗的说一下它们的区别吧。①通常一个任务是一个程序的一次执行，一个任务包含一个或多个完成独立功能的子任务，这个独立的子任务就是进程或线程。②一个进程可以拥有多个线程，每个线程必须有一个父进程。

任务

任务是一个逻辑概念,指由一个软件完成的任务，或者是一系列共同达到某一目的的操作。通常一个任务是一个程序的一次执行，一个任务包含一个或多个完成独立功能的子任务，这个独立的子任务就是进程或线程。例如，一个杀毒软件的一次运行是一个任务，目的是从各种病毒的侵害中保护计算机系统，这个任务包含多个独立功能的子任务(进程或线程)，包括实时监控功能、定时查杀功能、防火墙功能及用户交互功能等。任务、进程和线程之间的关系如图1所示

进程

进程的基本概念

进程是指一个具有独立功能的程序在某个数据集上的一次动态执行过程，它是系统进行资源分配和调度的基本单元。一次任务的运行可以并发激活多个进程，这些进程相互合作来完成该任务的一个最终目标。

进程具有并发性、动态性、交互性、独立性和异步性等主要特性。

进程和程序是有本质区别的：程序是静态的一段代码，是一些保存在非易失性存储器的指令的有序集合，没有任何执行的概念；而进程是一个动态的概念，它是程序执行的过程，包括动态创建、调度和消亡的整个过程，它是程序执行和资源管理的最小单位。

Linux下的进程结构

进程不但包括程序的指令和数据，而且包括程序计数器和处理器的所有寄存器及存储临时数据的进程堆栈，因此，正在执行的进程包括处理器当前的一切活动。

因为linux是一个多任务多进程的操作系统，所以其他的进程必须等到系统将处理器使用权分配给自己之后才能运行。当正在运行的进程等待其他的系统资源时，linux内核将取得处理器的控制权，并将处理器分配给其他正在等待的进程，他按照内核中的调度算法决定将处理器分配给哪一个进程，也就是说，内核不会让处理器闲着。

内核将所有进程存放在双向循环链表（进程链表）中，其中链表的头是 init_task 描述符。链表的每一项都是类型为 task_struct，称为进程描述符的结构，该结构包含了一个进程相关的所有信息，定义在文件中。task_struct内核结构比较大，它能完整的描述一个进程，如进程的状态、进程的基本信息、进程标识符、内存相关信息、父进程相关信息、与进程相关的终端信息、当前工作目录、打开的文件信息、所接收的信号信息等。

下面详细讲解task_struct结构中最为重要的两个域：state（进程状态）和pid（进程标识符）。如果想具体了解task_struct，请点这里。

（1）进程状态

Linux中的进程有以下几种状态。

● 运行状态（TASK_RUNNING）:进程当前正在运行，或者正在运行队列中等待调度。

● 可中断的阻塞状态（TASK_INTERRUPTIBLE）：进程处于阻塞(睡眠)状态，正在等待某些事件发生或能够占用某些资源。处在这种状态下的进程可以被信号中断。接收到信号或被显式的唤醒呼叫（如调用 wake_up 系列宏:wake_up、wake_up_interruptible等）唤醒之后，进程将转变为 TASK_RUNNING 状态。

● 不可中断的阻塞状态（TASK_UNINTERRUPTIBLE）:此进程状态类似于可中断的阻塞状态（TASK_INTERRUPTIBLE），只是它不会处理信号，把信号传递到这种状态下的进程不能改变它的状态。在一些特定的情况下（进程必须等待，直到某些不能被中断的事件发生），这种状态是很有用的。只有在它所等待的事件发生时，进程才被显示的唤醒呼叫唤醒。

● 可终止的阻塞状态（TASK_KILLABLE）:该状态的运行机制类似于TASK_UNINTERRUPTIBLE，只不过处在该状态下的进程可以响应致命信号。它可以替代有效但可能无法终止的不可中断的阻塞状态（TASK_UNINTERRUPTIBLE）,以及易于唤醒但安全性欠佳的可中断的阻塞状态TASK_INTERRUPTIBLE）。

● 暂停状态（TASK_STOPPED）:进程的执行被暂停，当进程收到 SIGSTOP、SIGSTP、SIGTTIN、SIGTTOU等信号时，就会进入暂停状态。

● 跟踪状态（TASK_TRACED）:进程的执行被调试器暂停。当一个进程被另一个监控时（如调试器使用ptrace()系统调用监控测试程序），任何信号都可以把这个进程置于跟踪状态。

● 僵尸状态（EXIT_ZOMBIE）:进程运行结束，父进程尚未使用 wait 函数族(如调用 waitpid()函数)等系统调用来“收尸”，即等待父进程销毁它。处在该状态下的进程“尸体”已经放弃了几乎所有的内存空间，没有任何可执行代码，也不能被调度，仅仅在进程列表中保留一个位置，记载该进程的推出状态等信息供其他进程收集。

● 僵尸撤销状态（EXIT_DEAD）:这是最终状态，父进程调用 wait 函数族“收尸”后，进程彻底由系统删除。

它们之间的转换关系如图2所示：

进程可以使用 set_task_state 和 set_current_state 宏来改变指定进程的状态信息和当前进程的状态。

（2）进程标识符

Linux内核通过唯一的进程标识符 PID 来标识每个进程(就和文件描述符一样)。PID存放在进程描述符的 pid 字段中，新创建的 PID 通常是前一个进程的 PID 加1，不过PID的值有上限（最大值=PID_MAX_DEFAULT-1，通常为32767），读者可以查看/proc/sys/kernel/pid_max 来确定该系统的进程数上限。

当系统启动后，内核通常作为某一个进程的代表。一个指向task_struct的宏current用来记录正在运行的进程。current经常作为进程描述符结构指针的形式出现在内核代码中，例如，current->pid 表示处理器正在执行的进程的PID。当系统需要查看所有的进程时，则调用for_each_process()宏，这将比系统搜索数组的速度要快的多。

在Linux中获得当前进程号的（PID）和父进程号（PPID）的系统调用函数分别为 getpid() 和 getppid()。

进程的创建、执行、终止

（1）进程的创建和执行

咱们首先得知道啥是创建，啥是执行哈！我刚开始看的时候没懂。创建进程就是产生一个新的进程，这个大家都知道。而进程的执行，前边讲进程的的定义的时候，就说了正在运行的子任务，说白了，进程执行也就是让产生的这个进程干点什么事，别占着那啥不拉那啥。