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(chǔ)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(gòu)成的集合。通過程序，我們可以讓計算機完成復(fù)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(guān)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(jié)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。第一列PID(process IDentity)是一個整數(shù)，每一個進程都有一個唯一的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(yīng)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kernel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。)
我們看第一行，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(dāng)Linux啟動的時候，init是系統(tǒng)創(chuàng)建的第一個進程，這一進程會一直存在，直到我們關(guān)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(dāng)計算機開機的時候，內(nèi)核(kernel)只建立了一個init進程。Linux kernel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(fù)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(dāng)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(fù)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(yīng)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(gòu)成一個以init為根的樹狀結(jié)構(gòu)。
如下，我們查詢當(dāng)前shell下的進程：
root@vamei:~# ps -o pid,ppid,cmd
PID PPID CMD
16935 3101 sudo -i
16939 16935 -bash
23774 16939 ps -o pid,ppid,cmd
我們可以看到，第二個進程bash是第一個進程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(shè)計一個if選擇結(jié)構(gòu)。當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(jié)(termination)
當(dāng)子進程終結(jié)時，它會通知父進程，并清空自己所占據(jù)的內(nèi)存，并在kernel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(jié)時，有責(zé)任對該子進程使用wait系統(tǒng)調(diào)用。這個wait函數(shù)能從kernel中取出子進程的退出信息，并清空該信息在kernel中所占據(jù)的空間。但是，如果父進程早于子進程終結(jié)，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(zé)該子進程終結(jié)時調(diào)用wait函數(shù)。
當(dāng)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kernel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(dāng)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程序的唯一的實現(xiàn)方式。
總結(jié)
程序，進程，PID，內(nèi)存空間
子進程，父進程，PPID，fork， wait
