linux 进程
来源：互联网 发布：enako 知乎 编辑：程序博客网 时间：2024/05/17 17:43
/*嵌入式,linux,进程,进程函数,进程的概念*/
>>多任务机制：
Linux允许用户在同一时间处理多个应用程序，这种机制称为“多任务”机制。
>>"多任务"的实现原理：
建立多个进程或线程，彼此之间可以独立运行不同的应用程序（也可以相互联系）。
>>进程分类：
1、交互式进程：与用户进行互动，及时响应用户的操作和命令（如监测鼠标键盘的进程、shell命令进程、文本编辑器等）。
2、守护进程：不与任何终端联系，一直在后台运行，一般在系统启动时开始执行，待系统关闭时才结束（如各类系统进程）。
3、批处理进程：不需要与用户进行及时互动，也不是系统运行所必须的，调度优先权很低，通常在后台运行（如数据搜索引擎、编译器等）。
>>进程组、会话：
1、进程组是一个或多个进程的集合，每个进程组都会有一个进程组长（组长进程ID=进程组ID，但进程组ID不会因组长进程的退出而收到影响）。
2、会话是一个或多个进程组的集合，会话的第一个进程组称为会话组长。
>>进程控制块：
1、对于多CPU的处理器来说，每个CPU可以运行不同的进程，这是真正意义上的“并行执行”。
2、实际应用中，进程数往往远多于CPU的个数，所以同一个CUP上各进程间实际上是按照时间片（一般是ms级）轮流执行的。
3、为了方便对进程的调度管理，所有进程的相关信息都被放在一个双向循环链表中（进程链表）。这个链表称为进程控制块（task_struct）。
4、进度块的内容很多，其中最重要的有两个段：进程状态（state）、进程标识符（pid）。
>>进程状态：
进程状态就是进程运行的阶段。可以分为三大类。
1、运行类状态：
1.1、正在运行。
1.2、即将开始运行：已经具备执行条件正在运行队列中等待内核调度——也称“就绪状态”。
2、阻塞类状态：
就是进程在“睡眠”，等待它所需要的资源可以满足其使用条件时，被“唤醒”进入运行状态。
2.1、可中断的阻塞状态：既能被显示地唤醒（一般调用wake_up系列宏）唤醒，又能被其他进程的信号唤醒（主动进入用sleep_on()函数）。
2.2、不可唤醒的阻塞状态：只能被指定的事件唤醒（如定时时间到、键盘有输入等），不能被其他进程的信号唤醒（主动进入用interruptible_sleep_on()函数）。
3、停止类状态：
3.1、暂停状态：当运行中的进程收到信号SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或SIGTTOU时，就会进入暂停状态。暂停状态的进程收到信号SIGCONT就会转为运行状态。
3.2、僵死状态：子进程运行结束，父进程（由于父进程正忙、父进程已亡等原因）尚未使用wait函数族回收其退出状态。
创建当前进程的进程称为其父进程。当前进程称为子进程。一般来讲，子进程结束运行时要向父进程返回一些信息已供父进程使用。
3.3、消亡状态：子进程运行结束，父进程已回收其结束状态，这时子进程将会被彻底删除，进入消亡状态。
进程子创建时起，就在不同状态间进行转换，直至最终消亡。
>>进程标识符（PID：process identity）：
1、进程标识符就是进程的身份证号，它唯一的标识一个进程（用getpid()获得）。
2、父进程标识符（PPID：parent process identity）（用getppid()获得）。
3、对进程的操作一般都通过进程标识符。
>>进程的创建函数fork()：
1、在当前进程中调用fork()函数，就会创建一个新的子进程。当前进程自动成为新进程的父进程。
2、fork()创建的子进程是对父进程的复制（几乎是父进程的所有相关数据都后被子进程复制下来，包括程序执行的进度等）。
3、父子进程的区分是通过fork()函数的返回值：
返回0：是子进程。
返回正整数（子进程的ID）：是父进程。
4、例程：
int main(void)
{
pid_t child1;
child1 = fork();
if(ciild1 == -1)
{
error handling；
exit(1);
}
else if(child1 == 0)
{
subprocess program;
}
else
{
parentprocess program;
}
exit(0);
}
说明：
4.1、子进程一旦创建就会进入执行状态，进而和父进程竞争CUP的执行时间片（内核通过进程控制块来调度协调，用户也可根据需要调整父子进程间的执行顺序，如使父进程阻塞等手段）。
4.2、子进程从child1==0条件下开始执行，父进程从else下开始执行，两者并行（轮流获得CPU的执行权）。
>>子进程执行新程序的函数族exec
既然子进程时父进程的复制品，那么子进程存在的价值是什么呢？可以通过调用exec函数族来使子进程执行新的程序（一个典型的应用就是父进程监测标准输入，一旦有命令就创建一个子进程去响应，父进程本身继续监测）。
cexc函数族有6个原型（只有execve才是系统调用，其他都是在其基础上进行的二次封装）：
1、int execl(const char *path, const char *arg, ......);
2、int execle(const char *path, const char *arg, ...... , char * const envp[]);
3、int execv(const char *path, char *const argv[]);
4、int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);
5、int execvp(const char *file, char * const argv[]);
6、int execlp(const char *file, const char *arg, ......);
以上函数族成功都返回文件的当前读写位置，失败返回-1。
根据函数名第5、6位的不同可以分为三类：
1、文件的查找方式不同：
有“P”时，只给出文件名即可；
无“P”时，要给出文件的“全路径名”。
2、命令行参数给出方式不同：
“v”，以数组指针形式给出（具体参数存储在指针指向的数组中）。
“l”，以列表方式给出参数；
3、环境变量的引用方式不同：
有“e”时，以数组指针形式给出（具体参数存储在指针指向的数组中）；
无“e”时，默认引用当前环境变量。
例如：execve();用户给出执行文件的“全路径名”，以数组指针的方式给出所有执行参数，用户给定所有环境变量，所以只有execve才是基本函数。
使用exec函数族有两点需要注意：
1、无论以何种方式给出参数与环境变量，这两者都应以“NULL”结尾。
2、exec函数族的调用很容易失败，使用时一定要进行失败检查。
>>进程的退出：
1、exit()函数与return语句的区别：
return语句只是返回当前执行的函数（回到调用当前函数的母函数中继续执行）。
而exit()函数是退出整个进程（一般是退出一个完整的程序，可能包含多个函数的全部退出）。
2、exit()与_exit()的区别：
exit()是正常的进程退出，它要清理用户的I/O缓冲，吧用户缓冲区内的内容写回文件，并关闭所有打开的文件。
_exit()是暴力退出，什么都不处理，直接退出调用它的进程。
比如：标准输出采用行缓冲，遇到换行符"\n"时才会将缓冲区内容写入终端进行输出显示等。
一个没有换行符的printf("abc");语句，当遇到exit();时仍然会显示出来，而遇到_exit();就直接掉丢不会显示了。
3、参数的含义：
exit()与_exit()的参数都是整数，用以向父进程传递退出原因。参数0表示正常退出，其他数值对应各种错误（由用户定义，可以用正整数表示警告退出，负整数表示错误退出）。
>>进程的回收：
有些进程不是运行完了就算了，是要向父进程返回一些结果的。当然，父进程也可能“主动等待”子进程返回数据，这时候需要调用wait()函数族。
wait()是waitpid()的一个特例。
1、pid_t wait(int *status);
功能：阻塞父进程（调用其的进程），直到一个子进程结束或者父进程接到一个指定的信号为止。
返回值：成功返回第一个结束的子进程ID；失败返回-1（没有尚未结束的子进程）。
参数：status指向一个用来保存子进程结束时状态的整形对象。
2、pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能：
返回值：>0表示已结束运行的子进程ID；0表示使用选项WNOHANG且没有子进程结束；-1出错（并设置errno）。
参数pid：>0表示待回收的子进程ID；=0表示回收同组的任意一个子进程；=-1表示回收任何一个子进程（此时等同于wait()函数）；<-1表示回收进程组号等于-pid的任意子进程。
参数status：同wait()。
参数options：=WNOHANG表示若没有子进程结束，也不阻塞父进程，而是立即返回0；=WUNTRACED返回已暂停但尚未报告的子进程状态。
3、如果一个子进程已经结束，但父进程还没有调用wait()函数族来对其进行回收，那么这个子进程的结束状态将会被保留，此时子进程就变成了一个“僵尸进程”（未完全死掉）。
>>守护进程（daemon）：
1、守护进程不受用户、终端或者其他变化的影响（用户可以把一个普通进程变成守护进程）。
2、linux的很多系统服务都是通过守护进程实现的。
3、编写守护进程需要5步：
1>创建子进程，父进程退出
此时子进程已经摆脱了父进程的管控，成为了“孤儿进程”，系统检测到孤儿进程会将其作为1号进程（init进程）收养。
2>在子进程中创建一个新会话（调用setsid()函数）
由于子进程从父进程那里继承了会话、进程组和控制终端，为了摆脱这些对子进程的控制，需要创建一个新的会话来摆脱它们。
3>改变当前目录（调用chdir()函数）
由于子进程的存在，其所在的文件系统可能无法卸载（比如子进程从属于/mnt/usb等），所以需要将当前目录改为根目录"/"或者临时目录"/tmp"。
4>重设文件权限掩码（调用umask(0)函数）
子进程从父进程那里继承来的文件权限可能是只读，这样对子进程的后续操作带来了隐患（文件的实际权限=创建权限-掩码权限）。
5>关闭文件描述符
如果父进程里已经打开了没写文件，子进程也一并将其继承，而这些打开的文件对子进程来说可能是一种多余（这些打开的文件也会导致所在的文件系统不能被卸载），需将其关闭。
for(i=0; i<MAXFILE; i++)
{
close(i);
}
>>进程间的通信概述：
1、管道进行通信
有名管道：可以在本地的任何进程间进行通信。
无名管道：只能在有亲缘关系的管道间进行通信（父子进程间、兄弟进程间）。
2、共享内存
是最高效的进程间通信方式，需要考虑同步与互斥问题。
3、其他进程间的通信方式
消息队列、信号量、信号、套接字（用于网络通信）。
>>多任务机制：
Linux允许用户在同一时间处理多个应用程序，这种机制称为“多任务”机制。
>>"多任务"的实现原理：
建立多个进程或线程，彼此之间可以独立运行不同的应用程序（也可以相互联系）。
>>进程分类：
1、交互式进程：与用户进行互动，及时响应用户的操作和命令（如监测鼠标键盘的进程、shell命令进程、文本编辑器等）。
2、守护进程：不与任何终端联系，一直在后台运行，一般在系统启动时开始执行，待系统关闭时才结束（如各类系统进程）。
3、批处理进程：不需要与用户进行及时互动，也不是系统运行所必须的，调度优先权很低，通常在后台运行（如数据搜索引擎、编译器等）。
>>进程组、会话：
1、进程组是一个或多个进程的集合，每个进程组都会有一个进程组长（组长进程ID=进程组ID，但进程组ID不会因组长进程的退出而收到影响）。
2、会话是一个或多个进程组的集合，会话的第一个进程组称为会话组长。
>>进程控制块：
1、对于多CPU的处理器来说，每个CPU可以运行不同的进程，这是真正意义上的“并行执行”。
2、实际应用中，进程数往往远多于CPU的个数，所以同一个CUP上各进程间实际上是按照时间片（一般是ms级）轮流执行的。
3、为了方便对进程的调度管理，所有进程的相关信息都被放在一个双向循环链表中（进程链表）。这个链表称为进程控制块（task_struct）。
4、进度块的内容很多，其中最重要的有两个段：进程状态（state）、进程标识符（pid）。
>>进程状态：
进程状态就是进程运行的阶段。可以分为三大类。
1、运行类状态：
1.1、正在运行。
1.2、即将开始运行：已经具备执行条件正在运行队列中等待内核调度——也称“就绪状态”。
2、阻塞类状态：
就是进程在“睡眠”，等待它所需要的资源可以满足其使用条件时，被“唤醒”进入运行状态。
2.1、可中断的阻塞状态：既能被显示地唤醒（一般调用wake_up系列宏）唤醒，又能被其他进程的信号唤醒（主动进入用sleep_on()函数）。
2.2、不可唤醒的阻塞状态：只能被指定的事件唤醒（如定时时间到、键盘有输入等），不能被其他进程的信号唤醒（主动进入用interruptible_sleep_on()函数）。
3、停止类状态：
3.1、暂停状态：当运行中的进程收到信号SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或SIGTTOU时，就会进入暂停状态。暂停状态的进程收到信号SIGCONT就会转为运行状态。
3.2、僵死状态：子进程运行结束，父进程（由于父进程正忙、父进程已亡等原因）尚未使用wait函数族回收其退出状态。
创建当前进程的进程称为其父进程。当前进程称为子进程。一般来讲，子进程结束运行时要向父进程返回一些信息已供父进程使用。
3.3、消亡状态：子进程运行结束，父进程已回收其结束状态，这时子进程将会被彻底删除，进入消亡状态。
进程子创建时起，就在不同状态间进行转换，直至最终消亡。
>>进程标识符（PID：process identity）：
1、进程标识符就是进程的身份证号，它唯一的标识一个进程（用getpid()获得）。
2、父进程标识符（PPID：parent process identity）（用getppid()获得）。
3、对进程的操作一般都通过进程标识符。
>>进程的创建函数fork()：
1、在当前进程中调用fork()函数，就会创建一个新的子进程。当前进程自动成为新进程的父进程。
2、fork()创建的子进程是对父进程的复制（几乎是父进程的所有相关数据都后被子进程复制下来，包括程序执行的进度等）。
3、父子进程的区分是通过fork()函数的返回值：
返回0：是子进程。
返回正整数（子进程的ID）：是父进程。
4、例程：
int main(void)
{
pid_t child1;
child1 = fork();
if(ciild1 == -1)
{
error handling；
exit(1);
}
else if(child1 == 0)
{
subprocess program;
}
else
{
parentprocess program;
}
exit(0);
}
说明：
4.1、子进程一旦创建就会进入执行状态，进而和父进程竞争CUP的执行时间片（内核通过进程控制块来调度协调，用户也可根据需要调整父子进程间的执行顺序，如使父进程阻塞等手段）。
4.2、子进程从child1==0条件下开始执行，父进程从else下开始执行，两者并行（轮流获得CPU的执行权）。
>>子进程执行新程序的函数族exec
既然子进程时父进程的复制品，那么子进程存在的价值是什么呢？可以通过调用exec函数族来使子进程执行新的程序（一个典型的应用就是父进程监测标准输入，一旦有命令就创建一个子进程去响应，父进程本身继续监测）。
cexc函数族有6个原型（只有execve才是系统调用，其他都是在其基础上进行的二次封装）：
1、int execl(const char *path, const char *arg, ......);
2、int execle(const char *path, const char *arg, ...... , char * const envp[]);
3、int execv(const char *path, char *const argv[]);
4、int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);
5、int execvp(const char *file, char * const argv[]);
6、int execlp(const char *file, const char *arg, ......);
以上函数族成功都返回文件的当前读写位置，失败返回-1。
根据函数名第5、6位的不同可以分为三类：
1、文件的查找方式不同：
有“P”时，只给出文件名即可；
无“P”时，要给出文件的“全路径名”。
2、命令行参数给出方式不同：
“v”，以数组指针形式给出（具体参数存储在指针指向的数组中）。
“l”，以列表方式给出参数；
3、环境变量的引用方式不同：
有“e”时，以数组指针形式给出（具体参数存储在指针指向的数组中）；
无“e”时，默认引用当前环境变量。
例如：execve();用户给出执行文件的“全路径名”，以数组指针的方式给出所有执行参数，用户给定所有环境变量，所以只有execve才是基本函数。
使用exec函数族有两点需要注意：
1、无论以何种方式给出参数与环境变量，这两者都应以“NULL”结尾。
2、exec函数族的调用很容易失败，使用时一定要进行失败检查。
>>进程的退出：
1、exit()函数与return语句的区别：
return语句只是返回当前执行的函数（回到调用当前函数的母函数中继续执行）。
而exit()函数是退出整个进程（一般是退出一个完整的程序，可能包含多个函数的全部退出）。
2、exit()与_exit()的区别：
exit()是正常的进程退出，它要清理用户的I/O缓冲，吧用户缓冲区内的内容写回文件，并关闭所有打开的文件。
_exit()是暴力退出，什么都不处理，直接退出调用它的进程。
比如：标准输出采用行缓冲，遇到换行符"\n"时才会将缓冲区内容写入终端进行输出显示等。
一个没有换行符的printf("abc");语句，当遇到exit();时仍然会显示出来，而遇到_exit();就直接掉丢不会显示了。
3、参数的含义：
exit()与_exit()的参数都是整数，用以向父进程传递退出原因。参数0表示正常退出，其他数值对应各种错误（由用户定义，可以用正整数表示警告退出，负整数表示错误退出）。
>>进程的回收：
有些进程不是运行完了就算了，是要向父进程返回一些结果的。当然，父进程也可能“主动等待”子进程返回数据，这时候需要调用wait()函数族。
wait()是waitpid()的一个特例。
1、pid_t wait(int *status);
功能：阻塞父进程（调用其的进程），直到一个子进程结束或者父进程接到一个指定的信号为止。
返回值：成功返回第一个结束的子进程ID；失败返回-1（没有尚未结束的子进程）。
参数：status指向一个用来保存子进程结束时状态的整形对象。
2、pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能：
返回值：>0表示已结束运行的子进程ID；0表示使用选项WNOHANG且没有子进程结束；-1出错（并设置errno）。
参数pid：>0表示待回收的子进程ID；=0表示回收同组的任意一个子进程；=-1表示回收任何一个子进程（此时等同于wait()函数）；<-1表示回收进程组号等于-pid的任意子进程。
参数status：同wait()。
参数options：=WNOHANG表示若没有子进程结束，也不阻塞父进程，而是立即返回0；=WUNTRACED返回已暂停但尚未报告的子进程状态。
3、如果一个子进程已经结束，但父进程还没有调用wait()函数族来对其进行回收，那么这个子进程的结束状态将会被保留，此时子进程就变成了一个“僵尸进程”（未完全死掉）。
>>守护进程（daemon）：
1、守护进程不受用户、终端或者其他变化的影响（用户可以把一个普通进程变成守护进程）。
2、linux的很多系统服务都是通过守护进程实现的。
3、编写守护进程需要5步：
1>创建子进程，父进程退出
此时子进程已经摆脱了父进程的管控，成为了“孤儿进程”，系统检测到孤儿进程会将其作为1号进程（init进程）收养。
2>在子进程中创建一个新会话（调用setsid()函数）
由于子进程从父进程那里继承了会话、进程组和控制终端，为了摆脱这些对子进程的控制，需要创建一个新的会话来摆脱它们。
3>改变当前目录（调用chdir()函数）
由于子进程的存在，其所在的文件系统可能无法卸载（比如子进程从属于/mnt/usb等），所以需要将当前目录改为根目录"/"或者临时目录"/tmp"。
4>重设文件权限掩码（调用umask(0)函数）
子进程从父进程那里继承来的文件权限可能是只读，这样对子进程的后续操作带来了隐患（文件的实际权限=创建权限-掩码权限）。
5>关闭文件描述符
如果父进程里已经打开了没写文件，子进程也一并将其继承，而这些打开的文件对子进程来说可能是一种多余（这些打开的文件也会导致所在的文件系统不能被卸载），需将其关闭。
for(i=0; i<MAXFILE; i++)
{
close(i);
}
>>进程间的通信概述：
1、管道进行通信
有名管道：可以在本地的任何进程间进行通信。
无名管道：只能在有亲缘关系的管道间进行通信（父子进程间、兄弟进程间）。
2、共享内存
是最高效的进程间通信方式，需要考虑同步与互斥问题。
3、其他进程间的通信方式
消息队列、信号量、信号、套接字（用于网络通信）。
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