进程历史
进程是很重要的概念，进程实际是对计算机执行任务的封装。
最初的计算机是单进程的，一次只能有一个任务在执行。
单进程的计算机有一个问题，一个在执行的时候，另外一个必须等前一个执行完。
为了解决这个问题出现了多任务并发处理。现有linux进程的设计也是基于多任务并发处理系统。
我们看到linux的任务调度，任务切换机制都是保证多任务并发处理。
并发处理和并行处理有本质的不同：
1 并发处理是在一个cpu中分时间执行不同的进程。
2 并行处理是在多个cpu中同时处理不同的进程。
进程的概念
可以看作是cpu调度的最小单元，可以看成是一个正在运行的程序以及一些相关的资源的组合，进程内部有进行描述符来表示，一个进程描述符（task_struct）包含了一个进程的基本信息。
(1) 标示符 ： 描述本进程的唯一标识符，用来区别其他进程。
(2 )状态 ：任务状态，退出代码，退出信号等。
(3) 优先级 ：相对于其他进程的优先级。
(4) 程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址。
(5) 内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针。
(6) 上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据。
(7) I／O状态信息：包括显示的I/O请求,分配给进程的I／O设备和被进程使用的文件列表。
(8) 记账信息：可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。
链接表通过程序计数器来实现。程序计数器决定了一个程序在中断之后该从哪里继续执行。内存上下文，和上下文数据同样重要，恢复执行的时候要有这两个东西，才能够顺利恢复。
进程的优先级
在进行进程调度的时候，优先级具有重要的作用，一般进程分为实时进程和普通进程。实时进程的优先级比普通进程高。优先级有140个等级用来表示进程的优先级，在进程调度中会详细阐述这些概念。
进程的生命周期管理：
进程的生命周期分为几个阶段：
1 运行: 进程正在运行中。
2 等待: 进程能够运行，但需要cpu的调度器调度这个进程。
3 睡眠: 进程无法执行，需要达到某一个条件才行。
内核把进程的列表存放在一个叫做任务队列的双向链表中。链表中的每一个项的类型为task_struct, 被称为进程描述符。
进程的状态及其转换
命名空间（namespace）
Namespace, 对资源进行隔离，docker的隔离就是使用namespace技术。namespace可以隔离网络协议
栈，可以隔离文件系统，也可以隔离用户。进程中有一个命名空间的字段，用来表示进程所属的命名空间。
而命名空间则只使用一个内核在一台物理计算机上运作，前述的所有全局资源都通过命名空间抽象起来。这使得可以将一组进程放置到容器中，各个容器彼此隔离。隔离可以使容器的成员与其他容器毫无关系。但也可以通过允许容器进行一定的共享，来降低容器之间的分隔。
上面这句话表明了虚拟机和容器的本质区别，也是容器技术建立的基础。虚拟机是运行的多个内核，使用指令陷入模拟的方式来进行隔离。而不同的容器使用的是同一个内核，但一些关键的资源如用户，内核网络协议栈等技术使用命名空间来隔离。
命名空间具有结构性，如下图所示：
命名空间的实现：
- 每个子系统的命名空间结构，将此前所有的全局组件包装到命名空间中（不理解）
- 将给定进程关联到所属各个命名空间的机制
每一个进程描述符中都有一个struct nsproxy数据结构，数据结构
<nsproxy.h> struct nsproxy { atomic_t count; struct uts_namespace *uts_ns; struct ipc_namespace *ipc_ns; struct mnt_namespace *mnt_ns; struct pid_namespace *pid_ns; struct user_namespace *user_ns; struct net *net_ns; };
这个struct里面的具体的数据结构指向的是namespace.
uts_namespace记录了内核系统相关的信息，系统名称，系统版本，底层体系结构等相关信息。
ipc_namespace记录了所有与进程通信有关的信息。
mnt_namespace隔离了文件系统。
pid_namespace隔离了进程ID。
user_namespace隔离了用户相关信息。
net_ns与网路资源有关。
进程关系
进程并不是孤立存在的，而且有父进程和兄弟进程。
进程为什么要基于父进程生成，而不是直接创建一个新的进程。这个其实涉及到程序或者进程的运行方式，计算机在运行的时候，有很多进程或者程序在运行。但是某个程序在运行的时候需要分裂出几个子进程来协同工作。比如httpd服务，可能分裂出几个子进程来协同处理。这个其实是模拟了现实生活中的组织关系。
一家公司有财务部，销售部和市场部。财务部有几个人，每个人可以看作一个进程，市场部有几个人也可以看作一个进程。整个财务部门可以看作是一个父进程，专门用来处理财务相关事物。但涉及到具体事物时，又要分给具体的某个人进行处理，比如有的人主要负责发工资，有的人负责出纳。想想为什么建立财务部，又为什么把从事财务相关的人员挂在财务部。就可以想清楚为什么子进程要有父进程。
进程管理相关的系统调用
系统调用就是linux内核提供接口让应用使用内核的相关功能。
Linux进行进程复制的系统调用有三个
fork
vfork
clone
写时复制（COW）
fork进行系统调用的时候复制了父进程的所有数据，这样做负面效应会比较严重。
1 完全复制占用地址空间
2 完全复制耗费时间，而且复制的内容有可能用不到。
基于以上的原因，linux采取了写时复制的技术，只复制页表，不复制具体数据。
写时复制是怎么实现的？下面的文章解释的比较清楚。fork()之后，kernel把父进程中所有的内存页的权限都设为read-only，然后子进程的地址空间指向父进程。当父子进程都只读内存时，相安无事。当其中某个进程写内存时，CPU硬件检测到内存页是read-only的，于是触发页异常中断（page-fault），陷入kernel的一个中断例程。中断例程中，kernel就会把触发的异常的页复制一份，于是父子进程各自持有独立的一份。Copy On Write技术好处是什么？* COW技术可减少分配和复制大量资源时带来的瞬间延时。* COW技术可减少不必要的资源分配。比如fork进程时，并不是所有的页面都需要复制，父进程的代码段和只读数据段都不被允许修改，所以无需复制。Copy On Write技术缺点是什么？* 如果在fork()之后，父子进程都还需要继续进行写操作，那么会产生大量的分页错误(页异常中断page-fault)，这样就得不偿失。cow有它的优点可以减少不必要的资源和时间的浪费，但是这种技术也有它的缺点。思考：不过现在来看linux大量采用这种技术说明它是优点大于缺点的，任何的解决方案或者技术都有它的优点和缺点，不能一概而论。如果它的优点明显大于缺点那么就可以采用这种技术。至于缺点尽可能采取其他的方案进行规避。在思考方案的时候需要进行权衡，不能引入比现有问题还严重的问题。
fork的 exec调用指的是什么？
exec()的作用是： 装载一个新的程序覆盖当前进程内存空间中的映像，从而执行不同的任务。exec系列函数在执行时会直接替换掉当前进程的地址空间。所以如果是程序在执行完fork之后，直接执行exec系列函数，那么完全拷贝的数据几乎是浪费的。
执行系统调用
系统调用是用户态专向内核态的入口，执行系统调用其实就是调用C语言的库来进行开启新进程的操作。
需要进一步学习
内核线程
1 内核线程由其他内核进程创建，与普通进程一样可以进行调度。
2 内核线程运行在内核态，只访问内核内存地址。
3 内核线程用于执行以下任务：
- 周期性地修改内存页与页来源块设备同步。
- 管理延时任务。
- 实现文件系统事物日志。
4 linux驱动模块中可以用kernel_thread()，kthread_create()/kthread_run()两种方式创建和调用内核线程
5 内核线程分为两种类
- 启动后一直运行。
- 启动后周期性执行。
6 执行 ps fax 查看带中括号的就是内核线程。
7 内核进程和普通进程的区别：
- 内核线程没有地址空间
- 内核线程只存在内核中，因此不可能转换到用户态。
启动新程序
新程序的启动过程需要掌握，程序的链接，装载是怎么实现的？
启动新程序的系统调用是sys_execve函数，该函数委托给
do_execve()
参考资料
《linux内核设计与实现》