Linux进程

一.进程和程序

·程序
程序(program)是存放在磁盘文件中的可执行文件

·进程
程序的执行实例被称为进程(process)
进程具有独立的权限与职责。如果系统中某个进程崩溃，它不会影响到其余的进程。
每个进程运行在其各自的虚拟地址空间中，进程之间可以通过由内核控制的机制相互通讯。
·进程ID
每个linux进程都一定有一个唯一的数字标识符，称为进程ID(process
lD)，进程ID总是一非负整数。PID

task_struct----->结构体------>进程控制块

二.C程序启动过程

内核启动特殊例程

启动例程
在进程的main函数执行之前内核会启动

该例程放置在/lib/libc.so.**中在进程的Main函数执行之前内核会启动该例程放置在/lib/libc.so.**中
编译器在编译时会将启动例程编译进可执行文件中启动例程作用编译器在编译时会将启动例程编译进可执行文件中启动例程作用
搜集命令行的参数传递给main函数中的argc和argv

搜集环境信息构建环境表并传递给main函数
登记进程的终止函数登记进程的终止函数

正常终止：
从main函数返回
调用exit(标准c库函数)

调用_exit或_Exit(系统调用)

最后一个线程从其启动例程返回

最后一个线程调用pthread_exit

异常终止：
调用abort
接受到一个信号并终止
最后一个线程对取消请求做处理响应进程返回

进程返回：
通常程序运行成功返回0，否则返回非0。

在shell中可以查看进程返回值（echo $?)

2.1登记终止函数

参数为一个无返回值，无参数的函数指针。

每个启动的进程都默认登记了一个标准的终止函数

终止函数在进程终止时释放进程所占用的一些资源

登记的多个终止函数执行顺序是以栈的方式执行，先登记的后执行。

_exit不调用终止函数

●进程常见状态:
运行状态
系统当前进程

就绪状态进程
ps命令的STAT列为值R

等待状态
等待事件发生

等待系统资源

分为可中断的等待和不可中断的等待
ps命令的STAT列为值S（可中断）D(不可中断)

停止状态
ps命令的STAT列为值T

僵尸状态
进程终止或结束
在进程表项中仍有记录ps命令的STAT列为值Z

三.进程调度

分时系统，分配时间片

●第一步:处理内核中的工作

●第二步:处理当前进程

●第三步:选择进程
实时进程
普通进程
●第四步:进程交换

四.进程标识

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

pid_t getpid(void): 获得当前进程lD
uid_t getuid(void):获得当前进程的实际用户ID
uid_t geteuid(void):获得当前进程的有效用户ID
gid_t getgid(void):获得当前进程的用户组ID
pid_t getppid(void):获得当前进程的父进程ID
pid_t getpgrp(void):获得当前进程所在的进程组ID
pid_t getpgid(pid_t pid):获得进程ID为pid的进程所在的进程组ID

五.进程创建

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回:子进程中为0，父进程中为子进程ID，出错为-1

pid_t vfork(void);
返回:子进程中为0，父进程中为子进程ID，出错为-1

fork创建的新进程被称为子进程，该函数被调用一次，但返回两次。两次返回的区别是:在子进程中的返回值是0，而在父进程中的返回值则是新子进程的进程ID。

创建子进程，父子进程哪个先运行根据系统调度，且复制父进程的内存空间。制父进程的内存空间.
vfork创建子进程,但子进程先运行且不复制父进程的内存空间。创建子进程，但子进程先运行且不复制父进程的内存空间.

fork()的子进程会继承父进程的一些信息

·子进程的继承属性
用户信息和权限、目录信息、信号信息、环境、共享存储段、资源限制、堆、栈和数据段，共享代码段。
·子进程特有属性
进程ID、锁信息、运行时间、未决信号

操作文件时的内核结构变化
子进程只继承父进程的文件描述表，不继承共享文件表项和i-node。

父进程创建一个子进程后，文件表项中的引用计数器加1变成2，当父进程作close操作后，计数器减1，子进程还是可以使用文件表项，只有当计数器为0时才会释放文件表项。

子进程也复制父进程的缓存区

继承父进程的文件描述表，不继承共享文件表项和i-node。

两个进程分别创建一个文件

进程表项大多不复制

六.进程链和进程扇

6.1进程链

代码实例：

#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{int count=0;pid_t pid=0;if(argc<2){count=2;}else{count=atoi(argv[1]);}for(int i=1;i<count;++i){pid=fork();if(pid<0){perror("pid");exit(-1);}else if(pid>0) break;  //父进程退出}if(pid>0) wait(NULL);printf("PID:%d  PPID:%d\n",getpid(),getppid());return 0;
}

6.2进程扇

代码实例：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{int count=0;pid_t pid=0;if(argc<2){count=2;}else{count=atoi(argv[1]);}for(int i=1;i<count;++i){pid=fork();if(pid<0){perror("pid");exit(-1);}else if(pid==0) break;}if(pid>0) wait(NULL);printf("PID:%d  PPID:%d\n",getpid(),getppid());return 0;
}

七.僵尸进程

僵尸进程：

子进程结束但是没有完全释放内存(在内核中的task_struct没有释放)，该进程就成为僵尸进程。当僵尸进程的父进程结束后就会被init进程领养，最终被回收。
避免僵尸进程：
1.让僵尸进程的父进程来回收，父进程每隔一段时间来查询子进程是否结束并回收，调用wait()或者waitpid()，通知内核释放僵尸进程。

2.采用信号SIGCHLD通知处理，并在信号处理程序中调用wait函数。、

3.让僵尸进程成为孤儿进程，由init进程回收。

&后台运行

八.守护进程和孤儿进程

8.1守护进程

·守护进程(daemon)是生存期长的一种进程。它们常常在系统引导装入时起动，在系统关闭时终止。

·所有守护进程都以超级用户(用户ID为O)的优先权运行。·

·守护进程没有控制终端
·守护进程的父进程都是init进程

8.2孤儿进程

父进程结束，子进程就成为孤儿进程，会由1号进程( init进程)领养。

九.wait函数

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
返回:成功返回子进程ID,出错返回-1
功能:等待子进程退出并回收，防止僵尸进程产生

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

返回:成功返回子进程ID，出错返回-1
功能: wait函数的非阻塞版本
wait和waitpid函数区别
在一个子进程终止前，wait使其调用者阻塞waitpid有一选择项，可使调用者不阻塞。
waitpid等待一个指定的子进程，而wait等待所有的子进程，返回任一终止子进程的状态。

十.exec函数族

在用fork函数创建子进程后，子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。
当进程调用一种exec函数时，该进程完全由新程序代换，替换原有进程的正文，而新程序则从其main函数开始执行。因为调用exec并不创建新进程，所以前后的进程ID并未改变。exec只是用另一个新程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段。

exec系列函数的注意点
1.execve函数为系统调用，其余为库函数。执行execve函数后面的代码不执行。
2.execlp和execvp函数中的pathame，相对和绝对路径均可使用，其它四函数中的pathname只能使用绝对路径。相对路径一定要在进程环境表对应的PATH中。
3.argv参数为新程序执行main函数中传递的argv参数，最后一个元素为NULL。
4.envp为进程的环境表

●六个函数的都是以“exec”四个字母开头的，后面的字母表示了其用法上的区别:
1、带有字母“I”的函数，表明后面的参数列表是要传递给程序的参数列表，参数列表的第一个参数必须是要执行程序，最后一个参数必须是NULL。

2.带有字母“p”的函数，第一个参数可以是相对路径或程序名，如果无法立即找到要执行的程序，那么就在环境变量PATH指定的路径中搜索。其他函数的第一个参数则必须是绝对路径名。
3.带有字母“v”的函数，表明程序的参数列表通过一个字符串数组来
传递。这个数组和最后传递给程序的main函数的字符串数组argv完全一样。第一个参数必须是程序名，最后一个参数也必须是NULL。

4.带有字母“e”的函数，用户可以自己设置程序接收一个设置环境变量的数组。