Linux多进程

一、进程

1.定义：进程是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动，同时也是资源分配的最小单元；

2、进程与程序的区别：

(1)程序是放到磁盘的可执行文件 ；进程是指程序执行的实例；

(2)进程是动态的，程序使静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和可以复制

(3)进程是暂时的，程序使长久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存

(4)进程与程序组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）

(5)进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。

3、生命周期：

（1）创建:   每个进程都是由其父进程创建进程可以创建子进程，子进程又可以创建子进程的子进程

（2）运行:   多个进程可以同时存在进程间可以通信

（3）撤销:    进程可以被撤销，从而结束一个进程的运行

4、进程的状态

（1）执行状态：进程正在占用CPU

（2）就绪状态：进程已具备一切条件，正在等待分配CPU的处理时间片

（3）等待状态：进程不能使用CPU，若等待事件发生则可将其唤醒

进程状态转换表如右图所示：

5、Linux系统是一个多进程的系统，它的进程之间具有并行性、互不干扰等特点。也就是说，每个进程都是一个独立的运行单位，拥有各自的权利和责任。其中，各个进程都运行在独立的虚拟地址空间，因此，即使一个进程发生异常，它也不会影响到系统中的其他进程。

6、Linux下的进程地址空间

Linux中的进程包含3个段，分别为“数据段”、“代码段”和“堆栈段”。

“数据段”存放的是全局变量、常数以及动态数据分配的数据空间；

“代码段”存放的是程序代码的数据。

“堆栈段”存放的是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量等。

其示意图如下：

进程ID(PID)：标识进程的唯一数字，其中，父进程的ID(PPID),启动进程的用户ID(UID)

7、进程互斥

进程互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多允许一个进程使用，其他要使用该资源的进程必须等待，直到占用该资源者释放了该资源为止。

8、临界资源与临界区

（1）操作系统中将一次只允许一个进程访问的资源称为临界资源。

（2）进程中访问临界资源的那段程序代码称为临界区，为实现对临界资源的互斥访问，应保证诸进程互斥地进入各自的临界区。

9、进程同步

   一组并发进程按一定的顺序执行的过程称为进程间的同步

   具有同步关系一组并发进程称为合作进程，

  合作进程间互相发送的信号称为消息或事件

10、进程调度

概念：

      按一定算法，从一组待运行的进程中选出一个来占有CPU运行。

    调度方式：

             •  非抢占式

             • 非抢占式

11、调度算法

先来先服务调度算法

短进程优先调度算法

高优先级优先调度算法

时间片轮转法，即A|B|C|A|B|C    A,B,C依次执行

12、死锁

多个进程因竞争而形成一种僵局若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。

举例：有A,B,C,三个进程，A占用了s资源，B占用了f资源，C占用了d资源，而A只有占用s,f后才能向下执行，B只有占用f,d才能执行，C只有占用d,s才能继续向下执行，而此时三种进程皆不能继续进行。称为死锁。

二、进程函数

1、获取ID

getpid

函数的作用：获取进程识别码，进程号

函数的原型： pid_t  getpid(void);

返回值：目前进程的进程号；

头文件： #include  <unistd.h>

pid_t getpid(void)         获取本进程ID。

pid_t getppid(void)        获取父进程ID

#include <stdio.h>#include <unistd.h>int main(){    printf("pid is %d\n",getpid());    return 0;}

2、进程创建fork

函数的作用：创建一个进程

函数的原型：pid_t fork(void);

函数的返回值：  <0  出错；

                           =0   表示当前创建的子进程

                           >0   父进程  ，返回值是子进程的进程号

 性质：

  fork创建的子进程把父进程的资源拷贝了一份，父子进程把所有的重新执行一遍；

例如：

#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>int main(){    pid_t pid;    pid = fork();    if(pid < 0)    {        printf("fork is error!\n");    }    else if(pid == 0)    {        printf("This is child process,pid is %d\n",getpid());    }    else    {        printf("This is parent process,pid is %d\n",getpid());    }    return 0;}

程序说明：

1、在pid=fork()之前，只有一个进程在执行，但在这条语句执行之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的共享代码段，将要执行的下一条语句都是if(pid==0).

2、两个进程中，原来就存在的那个进程被称作“父进程”，新出现的那个进程被称作“子进程”，父子进程的区别在于进程标识符（PID）不同.

 3、 vfork

   函数的作用：建立一个新的进程；

   函数的原型： pid_t vfork();

   特点：子进程先运行，退出，父进程才能运行

   总结：vfork与fork的区别：

 （1）vfork创建的子进程和父进程共享数据空间， 不是重新拷贝。

 （2） vfork创建的进程中，子进程先运行，退出，父进程才能运行；fork执行次序不确定。

 4、进程的执行：

 exec函数族

  （1）execl

  函数的作用： 执行一个文件，

  函数原型：  intexecl(const char *path, const char *arg,..)

  参数说明： path：代表的文件路径；

                     arg：表示argv[0], argv[1],...

            最后一个以NULL结束；

    返回值：成功函数没有返回，出错-1；

  

#include <stdio.h>#include <unistd.h>int main(){    execl("/bin/ls","ls","-la","/etc/passwd",NULL);    return 0;}

 （2）execv

 函数的作用：用来执行参数 path 字符串所代表的文件路径.

 函数原型：int exev(const char *path, char * constargv[])

 函数的参数： path：代表的文件路径；

               argv：是一个数组里的指针传递过来；

              

 返回值： 成功不返还，出错-1

 

5、 system（将挂着的程序执行起来）

函数的作用：执行一个命令

函数的原型： int system(const char * string);

返回值：如果 system（）在调用/bin/sh 时失败则返回 127，其他失败原因返回-1。若参数 string 为空指针（NULL），则返回非零值。如果 system（）调用成功则最后会返回执行 shell 命令后的返回值，但是此返回值也有可能为 system（）调用/bin/sh 失败所返回的 127，因此最好能再检查 errno 来确认执行成功。

 6、 wait

函数的作用： 进程的等待，阻塞进程，等待某个子进程退出；

函数的原型： pid_t wait(int *status);

返回值：成功返回子进程PID,出错-1；

7、 waitpid

函数的作用：等待退出,等待信号，或者指定的进程结束

函数的原型：pid_t waitpid(pid_t pid , int *status, int options);

函数的参数：

  pid<-1 :等待进程的Pid绝对值的任何的子进程；

 pid=-1， 任何子进程，---等于wait；

 pid=0，

  pid>0, 等待子进程为pid的子进程退出

  options：

  WNOHANG：如果没有子进程退出，马上返回不等待

  WUNTRACED：如果子进程进入暂停执行情况，马上返回，但结束状态不予以理会。

  返回值：如果执行成功返回的是子进程的PID，失败-1；

  如果使用WNOHANG的时候，没有子进程退出，返回0.   

 8.exit 

函数的作用：正常结束进程

函数原型： void exit(int status)

9._exit

函数作用：结束进程执行

表头文件： #include<unistd.h>

定义函数： void _exit(int status);

 

区别：

_exit: 直接使进程停止，清除其使用的内存，并清除缓冲区中内容

exit与 _exit的区别：在停止进程之前，要检查文件的打开情况，并把文件缓冲区中的内容写回文件才停止进程。

区别如下图所示：

9、僵尸进程

僵尸进程指的是那些虽然已经终止的进程，但仍然保留一些信息，等待其父进程为其收尸。

僵尸进程产生的过程：

1. 父进程调用fork创建子进程后，子进程运行直至其终止，它立即从内存中移除，但进程描述符仍然保留在内存中（进程描述符占有极少的内存空间）。

2. 子进程的状态变成EXIT_ZOMBIE，并且向父进程发送SIGCHLD 信号，父进程此时应该调用 wait() 系统调用来获取子进程的退出状态以及其它的信息。在wait调用之后，僵尸进程就完全从内存中移除。

3. 因此一个僵尸存在于其终止到父进程调用 wait 等函数这个时间的间隙，一般很快就消失，但如果编程不合理，父进程从不调用 wait 等系统调用来收集僵尸进程，那么这些进程会一直存在内存中。

处理方法：

如果一个进程在其终止的时候，自己就回收所有分配给它的资源，系统就不会产生所谓的僵尸进程了。