Linux系统编程---进程(一)-编程知识

一、进程的相关概念

进程和程序：

我们平时写好的代码，通过编译后生成的可执行文件就是一个程序，不占用系统资源(cpu、内存、打开的文件、设备、锁....)，当这个程序被运行起来后(没结束之前) 它就成为了一个进程，进程是活跃的程序，占用系统资源，在内存中执行

程序：静态的，即死的。只占用磁盘空间。 ——剧本

进程：动态的，即活的。运行起来的程序。占用内存、cpu等系统资源。 ——戏

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，进程状态分为五个基本状态，即：初始态、就绪态、运行态、挂起态、终止态；

其中初始态为进程准备阶段，常与就绪态结合来看。

PCB进程控制块：

进程id

文件描述符表

进程状态：初始态、就绪态、运行态、挂起态、终止态。

进程工作目录位置

*umask掩码（进程的概念）

信号相关信息资源。

用户id和组id

ps aux 返回结果里，第二列是进程id

环境变量：

echo $PATH 查看环境变量

path环境变量里记录了一系列的值，当运行一个可执行文件时，系统会去环境变量记录的位置里查找这个文件并执行。

echo $TERM 查看终端

echo $LANG 查看语言

env 查看所有环境变量

二、进程控制

1. fork创建子进程

系统允许一个进程创建新进程，新进程即为子进程，子进程还可以创建新的子进程，形成进程树结构模型。

fork函数原理：

fork之前的代码，父子进程都有，但是只有父进程执行了，子进程没有执行，fork之后的代码，父子进程都有机会执行。

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。子进程是父进程的一个几乎完全独立的副本，包括内存空间、文件描述符、环境变量等，子进程获得的是这些资源的复制品，所以原进程和新进程的资源是相互独立的。

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)

        失败:返回-1
失败原因：
        通常是因为系统级别错误（如可用进程数量达到限制）

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>int main(int argc,char *argv[])
{printf("before fork-1-\n");printf("before fork-2-\n");printf("before fork-3-\n");printf("before fork-4-\n");pid_t pid = fork();if (pid == -1){perror("fork error");exit(1);}else if(pid == 0){printf("---child is created\n");}else if(pid > 0){printf("---parent process:my child is %d\n",pid);}printf("============end of file\n");return 0;
}

输出如下：

before fork-1-
before fork-2-
before fork-3-
before fork-4-
---parent process:my child is 2332517
============end of file
---child is created
============end of file

循环创建多个子进程：

通过命令行参数指定创建进程的个数，每个进程休眠1S打印自己是第几个被创建的进程。如：第1个子进程休眠0秒打印：“我是第1个子进程”；第2个进程休眠1秒打印：“我是第2个子进程”；第3个进程休眠2秒打印：“我是第3个子进程”。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>int main(int argc,char *argv[])
{int i;pid_t pid;for (i = 0;i < 5;i++){  if (fork() == 0)   //循环期间，子进程不forkbreak;}if (5 == i){    sleep(5);printf("I'm parent\n");}else{        sleep(i);printf("I'm %dth child\n",i+1);}return 0;
}

输出如下：

I'm 1th child
I'm 2th child
I'm 3th child
I'm 4th child
I'm 5th child
I'm parent

2. getpid和getppid

每个进程都由一个进程号来标识，其类型为pid，进程号的范围：0~32767，进程号总是唯一的，但进程号可以重用，当一个进程终止后其进程号就可以再次使用；

进程号(PID)：标识进程的一个非负整形数

父进程号(PPID)：任何进程都是由另一个进程创建，该进程称为被创建进程的父进程，对应的进程号称为父进程号（PPID），如 A进程创建了B进程，A的进程号就是B进程的父进程号

进程组号(PGID)：进程组是一个或多个进程的集合，它们之间相互关联，进程组可以接收同一终端的各种信号，关联的进程有一个进程组号（PGID），默认情况下当前的进程号会当作当前的进程组号

pid_t getpid(void);

功能:
        获取当前进程号(PID)

参数:
        无

返回值:
        本进程号

pid_t getppid(void);        获取当前进程的父进程ID

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>int main(int argc,char *argv[])
{printf("before fork-1-\n");//在fork之前打印，父进程执行，只执行一次printf("before fork-2-\n");printf("before fork-3-\n");printf("before fork-4-\n");pid_t pid = fork();//创建子进程if (pid == -1){perror("fork error");exit(1);}else if(pid == 0){     //子进程printf("---child is created,pid=%d,parent-pid:%d\n",getpid(),getppid());}else if(pid > 0){      //父进程printf("---parent process:my child is %d,my pid:%d,my parent pid:%d\n",pid,getpid(),getppid());}printf("============end of file\n");//父子进程各执行一次return 0;
}

输出如下：

before fork-1-
before fork-2-
before fork-3-
before fork-4-
---parent process:my child is 2328447,my pid:2328446,my parent pid:2272084
============end of file
---child is created,pid=2328447,parent-pid:2328446
============end of file

父进程先结束，导致子进程成孤儿，于是回收到孤儿院，看起来合情合理。

修改一下代码，给父进程增加一个等待命令，这样能保证子进程完成时，父进程处于执行状态，子进程就不会成孤儿。同时，这里也解决了终端提示符和输出混在一起的问题。代码如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>int main(int argc,char *argv[])
{printf("before fork-1-\n");//在fork之前打印，父进程执行，只执行一次printf("before fork-2-\n");printf("before fork-3-\n");printf("before fork-4-\n");pid_t pid = fork();//创建子进程if (pid == -1){perror("fork error");exit(1);}else if(pid == 0){     //子进程printf("---child is created,pid=%d,parent-pid:%d\n",getpid(),getppid());}else if(pid > 0){      //父进程sleep(1);printf("---parent process:my child is %d,my pid:%d,my parent pid:%d\n",pid,getpid(),getppid());}printf("============end of file\n");//父子进程各执行一次return 0;
}

输出如下：

before fork-1-
before fork-2-
before fork-3-
before fork-4-
---child is created,pid=2338015,parent-pid:2338014
============end of file
---parent process:my child is 2338015,my pid:2338014,my parent pid:2272084
============end of file

三、进程共享

父子进程之间在fork后共享哪些内容：

父子进程相同：

全局变量、data段、text段、栈、堆、环境变量、用户ID、宿主目录、进程工作目录、信号处理方式

父子进程不同：

进程ID、fork返回值、父进程ID、进程运行时间、闹钟(定时器)、未决信号集

父子进程共享：

读时共享、写时复制 ----------------- 全局变量

1.文件描述符（打开文件的结构体） 2. mmap映射区（进程间通信）

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int var = 100;int main(int argc,char* argv[])
{pid_t pid;pid = fork();if (pid == -1){perror("fork error");exit(1);}else if (pid > 0){var = 288;printf("parent, var = %d\n",var);printf("I'm parent pid = %d,getpid = %d\n",getpid(),getppid());}else if(pid == 0){var = 200;printf("I'm child pid = %d,ppid = %d\n",getpid(),getppid());printf("child,var = %d\n",var);}printf("------------finish-------------\n");return 0;
}

输出如下：写时复制

parent, var = 288
I'm parent pid = 2348490,getpid = 2272084
------------finish-------------
I'm child pid = 2348491,ppid = 2348490
child,var = 200
------------finish-------------

将var = 200进行注释，输出如下： 读时共享

parent, var = 288
I'm parent pid = 2350816,getpid = 2272084
------------finish-------------
I'm child pid = 2350817,ppid = 2350816
child,var = 100
------------finish-------------