linux系统和网络(二):进程和系统时间

本文主要探讨linux系统进程和系统相关知识，本博客其他博文对该文章的部分内容有详细介绍

main函数

int main(int argc,char *argv[],char *envp[]);

操作系统下main执行前先执行引导代码,编译连接引导代码和程序连接在一起构成可执行程序,加载器将程序加载到内存中执行

程序终止(return、exit、_exit、atexit)

int atexit(void (*function)(void));

atexit注册进程终止处理函数,可注册多个进程终止处理函数,先执行注册函数后终止
return、exit、_exit：return和exit会执行进程终止处理函数,_exit不执行

环境变量

extern char **environ;
char *getenv(const char *name);

进程有环境变量构成环境变量表(字符串数组),通过environ全局变量使用环境变量,获取指定环境变量函数getenv

        进程(详见本博客其他文章)
                进程是程序运行一次的过程,进程控制块PCB是内核管理进程的数据结构
                进程ID可用getpid、getppid、getuid、geteuid、getgid、getegid函数获取
                进程独立运行在虚拟地址空,逻辑地址空间均为4GB(32位),0-1G为OS,1-4G为应用程序
                虚拟地址到物理地址空间的映实现进程隔离,多进程同时运行
                运行进程宏观上并行,微观上串行
                操作系统最小调度单元是线程
                进程状态:就绪态,运行态,阻塞态

        fork与vfork(详见本博客其他文章)
                子进程和父进程有独立PCB(复制父进程)
                fork父子进程执行次序不定,vfork子进程先运行,子进程调用exec/exit后,父进程执行,子进程未调用exec/exit,程序出错
                fork子进程拷贝父进程地址空间,vfork子进程共享父进程地址空间

        进程资源(详见本博客其他文章)
                进程运行需消耗系统资源(内存、IO),进程消亡未释放资源则资源丢失,进程退出,操作系统会回收资源
                操作系统回收进程工作消耗的内存和IO,父进程回收进程本身占用的内存(8KB,task_struct和栈)
                僵尸进程是子进程先于父进程结束,父进程为回收资源造成，从而造成内存泄漏
                父进程使wait/waitpid显示回收子进程资源并获取子进程退出状态
                孤儿进程是父进程先于子进程结束,子进程由init进程接收

wait/waitpid(详见本博客其他文章)
父进程调用wait函数阻塞,子进程结束,系统向其父进程发送SIGCHILD信号,父进程被SIGCHILD信号唤醒后去回收子进程

pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
int waitid(idtype_t idtype, id_t id, siginfo_t *infop, int options);

WIFEXITED(status)宏判断子进程是否正常终止(return、exit、_exit)
WIFSIGNALED(status)宏判断子进程是否非正常终止(被信号终止)
WEXITSTATUS(status)宏得到正常终止进程返回值

waitpid回收指定PID子进程,有阻塞或非阻塞

ret = waitpid(-1, &status, 0); == ret =wait(&status);     
-1任意子进程,0阻塞式(默认),ret子进程PID

ret = waitpid(pid, &status, WNOHANG);
非阻塞式回收子进程,子进程已结束回收成功,返回的子PID,子进程未结束则父进程返回0

exec族函数(详见本博客其他文章)

int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg,.., char * const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

path:程序路径,file:程序名arg:程序名,argv[]:程序名称+参数,envp新环境变量代替调用进程的环境变量,其余为命令参数，且以NULL结尾

        守护进程(详见本博客其他文章)
                进程组由多个进程构成,会话由进程组构成
                特点：生存周期长,随操作系统启动和关闭,可脱离控制台运行
                syslogd负责日志文件写入和维护
                syslog记录系统调试信息,/var/log/messages中存储(ubuntu中在/var/log/syslog)守护进程
                proc目录下文件大小是0,文件不在硬盘中,不是真实文件是接口,是映射内核内部数据结构被格式化成字符的结果
                sys是虚拟文件,proc文件只读,/sys文件可读写

        进程间通信(详见本博客其他文章)
                方式：无名管道和有名管道、信号量、消息队列、共享内存、Socket套接字、信号
                无名管道：内核维护内存,有读端和写端(单向通信的),父子进程间通信
                有名管道:内核维护内存,表现为有名字文件,半双工,任意2进程通信
                消息队列:类似内核维护的FIFO,全双工
                信号量:用于解决进程同步访问数据
                共享内存：进程间通过大块内存共享数据
                信号：系统向进程发送信号(指令kill)
                socket:通过TCP/IP等协议共享数据

        系统时间
                定时器(timer)用于段时间计时,实时时钟(RTC)用于点时间计时
                jiffies是linux内核中的全局变量,记录内核节拍数(1节拍为1-10ms,可设置)
                linux系统记录时间:内核开机启动读取RTC硬件获取初始基准时间,存储该基准时间对应jiffies值,系统运行每节拍,jiffies加1,根据jiffies加UTC(1970-01-01 00:00:00 +0000)可获得时间点,RTC在关机后记录节拍,用于开机后的点时间准确

时间函数

time_t time(time_t *t);

返回当前时间距UTC秒数(使用jiffies)

char *ctime(const time_t *timep);
char *ctime_r(const time_t *timep, char *buf);

将time返回的秒数转成字符串时间

struct tm *gmtime(const time_t *timep);
struct tm *gmtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);
struct tm *localtime(const time_t *timep);
struct tm *localtime_r(const time_t *timep, struct tm *result);

struct tm {int tm_sec;         /* seconds */int tm_min;         /* minutes */int tm_hour;        /* hours */int tm_mday;        /* day of the month */int tm_mon;         /* month */int tm_year;        /* year */int tm_wday;        /* day of the week */int tm_yday;        /* day in the year */int tm_isdst;       /* daylight saving time */};

gmtime/localtime将time秒数转成struct tm结构时间,gmtime是国际时间,localtime是本地时间(系统时区时间)

time_t mktime(struct tm *tm);

mktime将struct tm转成time_t

char *asctime(const struct tm *timeptr);
size_t strftime(char *str, size_t maxsize, const char *format, const struct tm *timeptr);

asctime/strftime将struct tm转成字符串时间,strftime可指定格式

int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz);
int settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);
struct timeval {time_t      tv_sec;     /* seconds */suseconds_t tv_usec;    /* microseconds */};struct timezone {int tz_minuteswest;     /* minutes west of Greenwich */int tz_dsttime;         /* type of DST correction */};gettimeofday

返回时间由struct timeval和struct timezone结构体表示,timeval表示时间,timezone表示时区
settimeofday设置当前时间和时区

time产生随机数

int rand(void);
int rand_r(unsigned int *seedp);
void srand(unsigned int seed);

srand设置不同种子,调用rand获取随机序列,常用time函数返回值做种子

demo1:

环境变量(main,environ)

#include <stdio.h>void printf_error()
{printf("uasge: ./a.out xxx \n");
}int main(char argc,char *argv[],char *envp[])
{int i = 0;int j = 0;extern char **environ;if(argc != 2){atexit(printf_error);return 0;}printf("argv:%s\n",argv[1]);while(envp[i] != NULL){printf("%s\n",envp[i]);i++;}while (environ[j] != NULL){printf("%s\n", environ[j]);j++;}return 0;
}

结果显示：

demo2:

fork前为父进程空间,子进程继承父进程的资源(fork前),pid=0为子进程空间，pid>0为父进程空间，其余为公共空间，子进程继承父进程fd(覆盖写)，父子有独立的pcb

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main()
{pid_t pid;int fd;int num = 0;printf("befor fork pid : %d\n",getpid());pid = fork();fd = open("test",O_RDWR);if(pid == 0){num++;write(fd,"cd",2);printf("son : %d num : %d\n",getpid(),num);}else if(pid > 0){num++;printf("father : %d num: %d\n",getpid(),num);write(fd,"ab",2);}else{perror("fork");}close(fd);printf("the last pid : %d num : %d\n",getpid(),num);return 0;
}

结果显示：

demo3:

wait/waitpid:非阻塞式回收子进程,子进程已结束回收成功,返回的子PID,子进程未结束则父进程返回0

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>  
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>int main(void)
{pid_t pid;pid_t ret;int status;pid = fork();if (pid > 0){printf("father pid : %d.\n",getpid());//ret = wait(&status);//ret = waitpid(-1, &status, 0);//ret = waitpid(pid, &status, 0);ret = waitpid(pid, &status, WNOHANG);           // 非阻塞式printf("son pid : %d.\n", ret);printf("son normal exit status :%d\n", WIFEXITED(status));printf("son abnormal exit status :%d\n", WIFSIGNALED(status));printf("son ret : %d.\n", WEXITSTATUS(status));}else if (pid == 0){return 27;}else{perror("fork");return -1;}return 0;
}

结果显示：

demo4:

execl族函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>int main()
{pid_t pid;pid = fork();if (pid > 0){printf("father pid :%d.\n", getpid());}else if (pid == 0){//execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);//char * const arg[] = {"ls", "-l", "-a", NULL};//execv("/bin/ls", arg);//execlp("ls", "ls", "-l", NULL);char * const envp[] = {"num = 27", NULL};execle("/bin/ls","ls","-l", NULL, envp);return 0;}else{perror("fork");return -1;}return 0;
}

结果显示：

demo5:

守护进程

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>void create_daemon(void)
{pid_t pid;int i = 0;int num = sysconf(_SC_OPEN_MAX);pid = fork();if (pid < 0){perror("fork");exit(-1);}if (pid > 0){exit(0);}pid = setsid();if (pid < 0){perror("setsid");exit(-1);}chdir("/");umask(0);for (i=0; i<num; i++){close(i);}open("/dev/null", O_RDWR);open("/dev/null", O_RDWR);open("/dev/null", O_RDWR);}void test_process()
{int fd;fd = open("lock", O_RDWR | O_TRUNC | O_CREAT | O_EXCL, 0664);if(fd < 0){printf("./a.out is running\n");exit(-1);}}int main(void)
{test_process();create_daemon();while (1){printf("hello word\n");sleep(1);}return 0;
}

结果显示：

syslog

#include <syslog.h>
void openlog(const char *ident, int option, int facility);
void syslog(int priority, const char *format, ...);
void closelog(void);

demo6:

系统时间函数

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>int main()
{time_t ts;time_t mk;struct tm dt;int ret = -1;char buf[100];struct timeval tv = {0};struct timezone tz = {0};time(&ts);if (ts < 0){perror("time");return -1;}printf("time : %ld\n",ts);// ctimeprintf("ctime: %s\n", ctime(&ts));// gmtime/localtimememset(&dt, 0, sizeof(dt));gmtime_r(&ts, &dt);printf("gmtime: %d-%d-%d %d:%d:%d\n", dt.tm_year+1900, dt.tm_mon+1, dt.tm_mday,dt.tm_hour,dt.tm_min,dt.tm_sec);memset(&dt, 0, sizeof(dt));localtime_r(&ts, &dt);printf("loacaltime : %d-%d-%d %d:%d:%d\n", dt.tm_year+1900, dt.tm_mon+1, dt.tm_mday,dt.tm_hour,dt.tm_min,dt.tm_sec);//mktimemk = mktime(&dt);printf("mktime : %ld\n",mk);// asctimeprintf("asctime:%s\n", asctime(&dt));// strftimememset(buf, 0, sizeof(buf));strftime(buf, sizeof(buf), "%Y-%m-%d %H-%M-%S", &dt);printf("strftime : %s\n", buf);// gettimeofdayret = gettimeofday(&tv, &tz);if (ret < 0){perror("gettimeofday");return -1;}printf("sec: %ld\n", tv.tv_sec);printf("timezone:%d\n", tz.tz_minuteswest);return 0;
}

结果显示：

time做随机数种子

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>int main()
{int i = 0;while(i < 5){srand(time(NULL));printf("%d ",rand());i++;}printf("\n");return 0;
}

结果显示：