Linux 进程模型是操作系统核心机制的重要组成部分，它定义了进程的创建、执行、调度及终止等全生命周期管理逻辑，为多任务并发提供了基础支撑，以下从进程定义、生命周期、状态管理、调度机制及通信方式五个维度展开分析。
进程的定义与核心属性
在 Linux 中，进程是程序执行的动态实例，是系统资源分配和调度的基本单位，每个进程由进程控制块（PCB）、数据段和代码段组成，PCB 是进程的核心数据结构，在 Linux 中对应 task_struct 结构体，存储了进程的关键信息，包括：
- 进程标识符（PID）：唯一标识进程的整数，1 号进程为 init 进程（ systemd 现代 Linux 发行版中）。
- 进程状态：描述进程当前运行情况（如运行、睡眠、僵死等）。
- 调度信息：包括优先级、时间片、调度类等，供调度器决策。
- 内存管理信息：指向页目录、虚拟地址空间的指针，实现内存隔离。
- 文件描述符表：记录进程打开的文件、网络连接等资源。
进程的生命周期与状态变迁
进程从创建到终止经历多个状态, Linux 通过 task_struct 中的 state 字段管理状态流转，主要状态包括：
| 状态 | 描述 | 触发条件 |
|---|---|---|
| 运行态（TASK_RUNNING） | 进程正在运行或准备运行（在就绪队列中） | 被调度器选中执行 |
| 可中断睡眠态（TASK_INTERRUPTIBLE） | 进程等待事件（如 I/O 完成），可被信号唤醒 | 等待资源或条件满足 |
| 不可中断睡眠态（TASK_UNINTERRUPTIBLE） | 进程等待关键事件（如硬件操作），不可被信号唤醒 | 避免信号导致系统状态不一致 |
| 僵死态（TASK_ZOMBIE） | 进程已终止，但父进程未读取退出状态，PCB 仍保留 | 子进程先于父进程终止 |
| 停止态（TASK_STOPPED/TASK_TRACED） | 进程执行被暂停（如调试断点） | 收到 SIGSTOP 信号或调试器介入 |
创建过程：通过 fork() 系统调用复制父进程 PCB 生成子进程，子进程可执行 exec() 加载新程序，或通过 exit() 终止，父进程通过 wait()/waitpid() 回收子进程资源，避免僵死进程。
进程调度机制
Linux 采用基于优先级的抢占式调度，结合 Completely Fair Scheduler（CFS）调度器，实现多任务高效执行。
调度实体与运行队列
- 调度实体（sched_entity）：表示参与调度的基本单位，每个进程对应一个实体，记录虚拟运行时间（vruntime）。
- 运行队列（runqueue）：按优先级组织调度实体，CFS 通过红黑树管理 vruntime，确保 vruntime 最小的进程优先获得 CPU。
调度策略
Linux 支持三类调度策略：
- SCHED_NORMAL：普通进程，使用 CFS 调度。
- SCHED_FIFO：实时进程，先到先服务，除非更高优先级抢占。
- SCHED_RR：实时轮转进程，时间片用完后切换到同优先级下一个进程。
进程间通信（IPC）
进程间通信是协作完成任务的必要手段, Linux 提供多种 IPC 机制：
| 通信方式 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 管道 | 半双工，只能在父子或兄弟进程间使用，数据在内核中缓冲 | Shell 命令间简单数据传递 |
| 消息队列 | 全双工，内核中存储的消息链表，支持任意进程通信，容量受限 | 客户端-服务器架构 |
| 共享内存 | 多个进程映射同一物理内存，读写速度最快，需同步机制（如信号量） | 大数据量高频数据交换 |
| 信号量 | 用于进程同步，通过计数器控制资源访问，本质是内核中的计数器 | 多进程竞争共享资源 |
| 信号 | 软中断，用于通知进程事件（如 SIGKILL 终止进程），携带信息量有限 | 异步事件通知 |
| 套接字 | 支持不同主机进程通信（网络 IPC），也可本地通信（UNIX 域套接字） | 分布式系统与本地通信 |
多线程与轻量级进程
Linux 线程是轻量级进程（LWP），通过共享进程的 PCB、内存空间和文件描述符，降低线程创建和切换开销，线程调度与进程一致，由内核统一管理，线程间通过共享内存快速通信，但需注意同步问题（如死锁）。
Linux 进程模型通过精细的状态管理、高效的调度策略和丰富的 IPC 机制，实现了多任务并发与资源隔离，为服务器、嵌入式系统等场景提供了稳定支撑，理解其核心逻辑对系统优化、程序开发及问题排查具有重要意义。
