1.进程控制

1.进程概念

  进程是管理事务的基本单元

2.并发并行

  1. 并行(parallel)：指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。
  2. 并发(concurrency)：指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行。

3.进程控制块PCB

进程运行时，内核为进程每个进程分配一个PCB（进程控制块），维护进程相关的信息，Linux内核的进程控制块是task_struct结构体。

  1. 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，其实就是一个非负整数。

  2. 进程的状态，有就绪、运行、挂起、停止等状态。

  3. 进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。

  4. 描述虚拟地址空间的信息。

  5. 描述控制终端的信息。

  6. 当前工作目录（Current Working Directory）。

  7. umask掩码。

  8. 文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针。

  9. 和信号相关的信息。

  10. 用户id和组id。

  11. 会话（Session）和进程组。

  12. 进程可以使用的资源上限（Resource Limit）。

4.进程的状态

  • 在三态模型中，进程状态分为三个基本状态，即运行态，就绪态，阻塞态。
  • 在五态模型中，进程分为新建态、终止态，运行态，就绪态，阻塞态。

①TASK_RUNNING：进程正在被CPU执行。当一个进程刚被创建时会处于TASK_RUNNABLE，表示己经准备就绪，正等待被调度。

　　②TASK_INTERRUPTIBLE（可中断）：进程正在睡眠（也就是说它被阻塞）等待某些条件的达成。一旦这些条件达成，内核就会把进程状态设置为运行。处于此状态的进程也会因为接收到信号而提前被唤醒，比如给一个TASK_INTERRUPTIBLE状态的进程发送SIGKILL信号，这个进程将先被唤醒（进入TASK_RUNNABLE状态），然后再响应SIGKILL信号而退出（变为TASK_ZOMBIE状态），并不会从TASK_INTERRUPTIBLE状态直接退出。

　　③TASK_UNINTERRUPTIBLE（不可中断）：处于等待中的进程，待资源满足时被唤醒，但不可以由其它进程通过信号或中断唤醒。由于不接受外来的任何信号，因此无法用kill杀掉这些处于该状态的进程。而TASK_UNINTERRUPTIBLE状态存在的意义就在于，内核的某些处理流程是不能被打断的。如果响应异步信号，程序的执行流程中就会被插入一段用于处理异步信号的流程，于是原有的流程就被中断了，这可能使某些设备陷入不可控的状态。处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态一般总是非常短暂的，通过ps命令基本上不可能捕捉到。

　　④TASK_ZOMBIE（僵死）：表示进程已经结束了，但是其父进程还没有调用wait4或waitpid()来释放进程描述符。为了父进程能够获知它的消息，子进程的进程描述符仍然被保留着。一旦父进程调用了wait4()，进程描述符就会被释放。

　　⑤TASK_STOPPED（停止）：进程停止执行。当进程接收到SIGSTOP，SIGTSTP，SIGTTIN，SIGTTOU等信号的时候。此外，在调试期间接收到任何信号，都会使进程进入这种状态。当接收到SIGCONT信号，会重新回到TASK_RUNNABLE。

 

5.进程相关函数

//进程号
int main()
{pid_t pid, ppid, pgid;pid = getpid();//获取本进程号（PID）printf("pid = %d\n", pid);ppid = getppid();//获取调用此函数的进程的父进程号（PPID）printf("ppid = %d\n", ppid);pgid = getpgid(pid);//获取进程组号（PGID）printf("pgid = %d\n", pgid);return 0;
}
pid_t fork(void);
功能：用于从一个已存在的进程中创建一个新进程，新进程称为子进程，原进程称为父进程。
参数：无
返回值：成功：子进程中返回 0，父进程中返回子进程 ID。pid_t，为整型。失败：返回-1。失败的两个主要原因是：1）当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时 errno 的值被设置为 EAGAIN。2）系统内存不足，这时 errno 的值被设置为 ENOMEM。

Linux 的 fork() 使用是通过写时拷贝 (copy- on-write) 实现。写时拷贝是一种可以推迟甚至避免拷贝数据的技术。内核此时并不复制整个进程的地址空间，而是让父子进程共享同一个地址空间。只用在需要写入的时候才会复制地址空间，从而使各个进行拥有各自的地址空间。资源的复制是在需要写入的时候才会进行，在此之前，只有以只读方式共享。

#include <stdlib.h>
void exit(int status);#include <unistd.h>
void _exit(int status);
功能：结束调用此函数的进程。
参数：status：返回给父进程的参数（低 8 位有效），至于这个参数是多少根据需要来填写。
返回值：无

在每个进程退出的时候，内核释放该进程所有的资源、包括打开的文件、占用的内存等。但是仍然为其保留一定的信息，这些信息主要主要指进程控制块PCB的信息（包括进程号、退出状态、运行时间等）。

父进程可以通过调用wait或waitpid得到它的退出状态同时彻底清除掉这个进程。

wait() 和 waitpid() 函数的功能一样，区别在于，wait() 函数会阻塞，waitpid() 可以设置不阻塞，waitpid() 还可以指定等待哪个子进程结束。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>pid_t wait(int *status);
功能：等待任意一个子进程结束，如果任意一个子进程结束了，此函数会回收该子进程的资源。
参数：status : 进程退出时的状态信息。
返回值：成功：已经结束子进程的进程号失败： -1

宏函数可分为如下三组：

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。

3) WIFSTOPPED(status)

为非0 → 进程处于暂停状态

WSTOPSIG(status)

如上宏为真，使用此宏 → 取得使进程暂停的那个信号的编号。

WIFCONTINUED(status)

为真 → 进程暂停后已经继续运行

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能：等待子进程终止，如果子进程终止了，此函数会回收子进程的资源。参数：pid : 参数 pid 的值有以下几种类型：pid > 0  等待进程 ID 等于 pid 的子进程。pid = 0  等待同一个进程组中的任何子进程，如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid 不会等待它。pid = -1 等待任一子进程，此时 waitpid 和 wait 作用一样。pid < -1 等待指定进程组中的任何子进程，这个进程组的 ID 等于 pid 的绝对值。status : 进程退出时的状态信息。和 wait() 用法一样。options : options 提供了一些额外的选项来控制 waitpid()。0：同 wait()，阻塞父进程，等待子进程退出。WNOHANG：没有任何已经结束的子进程，则立即返回。WUNTRACED：如果子进程暂停了则此函数马上返回，并且不予以理会子进程的结束状态。（由于涉及到一些跟踪调试方面的知识，加之极少用到）返回值：waitpid() 的返回值比 wait() 稍微复杂一些，一共有 3 种情况：1) 当正常返回的时候，waitpid() 返回收集到的已经回收子进程的进程号；2) 如果设置了选项 WNOHANG，而调用中 waitpid() 发现没有已退出的子进程可等待，则返回 0；3) 如果调用中出错，则返回-1，这时 errno 会被设置成相应的值以指示错误所在，如：当 pid 所对应的子进程不存在，或此进程存在，但不是调用进程的子进程，waitpid() 就会出错返回，这时 errno 被设置为 ECHILD；

6.孤儿进程和僵尸进程

  • 父进程运行结束，但子进程还在运行（未运行结束）的子进程就称为孤儿进程（Orphan Process）。
  • 进程终止，父进程尚未回收，子进程残留资源（PCB）存放于内核中，变成僵尸（Zombie）进程。

7.进程替换函数

#include <unistd.h>
extern char **environ;
int execl(const char *path, const char *arg, .../* (char  *) NULL */);
int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char  *) NULL */);
int execle(const char *path, const char *arg, .../*, (char *) NULL, 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[]);
int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

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