Linux编程(9)

1 进程相关概念

1 程序和进程

程序: 二进制文件, 占用的磁盘空间

进程: 启动的程序, 所有数据都在内存, 不仅占用内存空间, 也需要占用更多的系统资源, 例如CPU, 物理内存

2 并行和并发

如图所示: 并发是两个队列交替使用一台咖啡机,并行是两个队列同时使用两台咖啡机

并发: 在操作系统中，是指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机上运行，但任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。

并行: 是指“并排行走”或“同时实行或实施”。在操作系统中是指，一组程序按独立异步的速度执行，同一个时刻发生。要区别并发。并发是指：在同一个时间段内，两个或多个程序执行，有时间上的重叠（宏观上是同时，微观上仍是顺序执行）。

3 pcb 进程控制块

每个进程在内核中都有一个进程控制块(PCB)来维护进程相关的信息, Linux内核的进程控制块是task_struct结构体

内部成员很多, 重点有:

进程id. 系统中每个进程有唯一的id, 在C语言中用pid_t类型表示, 是一个非负整数
进程的状态. 有就绪, 运行, 挂起, 停止等状态
进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器
描述虚拟地址空间的信息
描述控制终端的信息
当前工作目录
umask掩码
文件描述符表(1024), 包含很多只想file结构体的指针
和信号相关的信息
用户id和组id
会话(Session)和进程组, 会话有多个进程组组成
进程可以使用的资源上限(Resource Limit)

4 进程状态的切换

2 进程控制

1 fork

int fork(void) 生成父进程和子进程, 有两个返回值, 分别由父进程和子进程返回. 父进程返回子进程的PID, 子进程返回0, 出错则返回-1.

fork之后的变量读时共享, 写时复制.

fork函数的返回值

>0, 父进程的返回值

=0, 子进程的返回值
子进程创建成功之后, 代码执行位置

从父进程执行的位置开始执行, 忽略之前的代码
父子进程的执行顺序

不一定, 看谁先抢到cpu
如何区分父子进程(通过返回值)

getpid() 获取当前进程的id

getppid 获取当前进程父进程的id

2 循环创建进程

int main()
{int i = 0;int number = 5;pid_t pid;for(int i=0; i<number; ++i){pid = fork();if(pid == 0) // 子进程跳出循环  break;  }//如何判断是第几个孩子//通过循环因子判断// 父进程if(i == 3){counter += 100;printf("parent process, pid = %d, ppid = %d, %d\n", getpid(), getppid(), counter);//  sleep(1);}// 子进程else if(i == 0){// 1thcounter += 200;printf("child process, pid = %d, ppid = %d, %d\n", getpid(), getppid(), counter);}else if(i == 1){// 2thcounter += 300;printf("child process, pid = %d, ppid = %d, %d\n", getpid(), getppid(), counter);}else if(i == 2){// 3thcounter += 400;printf("child process, pid = %d, ppid = %d, %d\n", getpid(), getppid(), counter);}return 0;
}

3 进程相关命令

ps

ps aux | grep "xxx" 搜索进程

ps ajx | grep "xxx" 更加全面的搜索进程
kill向指定的进程发送信号

查看信号 kill -l

杀死某个进程kill -9 PID

3 exec函数族

让父子进程执行不相干的操作

实现换核不换壳的功能
执行一个另外的程序不需要创建额外的地址空间
在当前程序调用另外一个的程序

首先想到exec之前需要fork
如果函数执行成功, 没有返回值, 如执行失败, 打印错误信息, 退出当前进程.

1 执行指定目录下的程序

原型int execl(const char *path, const char *arg, ...);

path: 要执行的程序的路径

变参arg: 要执行的程序的需要的参数

第一个arg: 占位, 通常写执行程序的名字

后面的arg: 命令的参数

参数写完之后: NULL

一般执行自定义程序

2 执行PATH环境变量里面的程序

原型int execp(const char *file, const char *arg, ...);

file: 执行的命令的名字

第一个arg: 占位

后边的arg: 命令的参数

参数写完后: NULL

执行系统自带的程序, 会在自动在目录/bin里搜索

例execlp("ps", "ps", "aux", NULL)

4 进程回收

1 孤儿进程

父进程已经被杀死, 子进程被init进程领养, init进程变成孤儿进程的父亲, ubuntu16.04变成被ui进程领养upstart

为了释放子进程占用的系统资源, 进程结束之后, 能够释放用户区空间, 释放不了pcb, 必须由父进程释放

2 僵尸进程

孩子进程被杀死, 父进程还活着, 爹不去释放子进程的pcb, 孩子进程就变成了僵尸进程

是一个已经死掉的进程

3 进程回收

wait 阻塞函数

pid_t wait(int* status);

返回值: -1: 失败, 已经没有子进程了. >0: 回收的子进程对应的pid

参数: status 判断子进程是如何死的, 正常退出,或被某个信号杀死了

调用一次只能回收一个子进程
waitpid –
- pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

5 进程相关函数

pid_t fork(void);
○ 返回值:
成功:

□ 对于父进程来说返回子进程ID

□ 对于子进程来说返回值为0

失败

□ 如果为-1表示创建失败
获取当前进程ID
pid_t getpid(void);
○ 返回值：当前进程ID
获取当前进程的父进程ID
pid_t getppid(void);

○ 返回值：前进程的父进程ID
获取当前进程实际用户ID
uid_t getuid(void);

○ 返回值：当前进程实际用户ID
获取当前进程使用用户组ID
gid_t getgid(void);

○ 返回值：前进程使用用户组ID
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
○ 函数描述：加载一个进程，通过路径 + 程序名来加载。
函数参数：
§ path：程序路径+程序名字
§ arg：可执行程序的相关参数，使用NULL结尾

返回值：
§ 成功：无返回
§ 失败：-1
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
函数描述：加载一个进程，借助PATH环境变量，
该函数需要配合PATH环境变量来使用，
当PATH中所有目录搜索后没有参数1则出错返回
函数参数：可执行程序的相关参数，使用NULL结尾
file：可执行程序的名字
arg：可执行程序的相关参数，使用NULL结尾
返回值：
成功：无返回
失败：-1
pid_t wait(int *status);
函数作用：
① 阻塞并等待子进程退出
② 回收子进程残留资源
③ 获取子进程结束状态(退出原因)。
返回值：
成功：清理掉的子进程ID；
失败：-1 (没有子进程)
参数：子进程的退出状态 – 传出参数
1. WIFEXITED(status)：为非0 → 进程正常结束
WEXITSTATUS(status)：
如上宏为真，使用此宏 → 获取进程退出状态 (exit/return）的参数)
2. WIFSIGNALED(status)：为非0 → 进程异常终止
WTERMSIG(status)：
如上宏为真，使用此宏 → 取得使进程终止的那个信号的编号。
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, in options);
函数作用：指定回收某个子进程
参数：
① pid：
pid == -1 回收所有子进程
- 循环回收
- while((wpid = waitpid(-1, $status, xx)) != -1) ???
pid > 0 某个子进程的PID
pid == 0 回收当前进程组的所有子进程
pid < -1 子进程的PID取反
② status: 子进程的退出状态，用法同wait函数
③ options：
设置为WNOHANG，函数非阻塞
设置为0，函数阻塞
返回值：
>0：返回回收的子进程ID；
-1：回收失败, 无子进程
如果为非阻塞: =0 子进程正在运行。

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