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Linux 多进程学习

2024-07-18 21:08:10   229人阅读

1Linux进程概述

进程是一个程序执行一次的过程，他和程序有着本质的区别。程序是静态的，他是一些保存在磁盘上的指令有序的集合。
进程是动态的概念，他是运行者的程序，包含进程的动态创建，调度和消亡，是Linux的基本调度单位。
进程控制块（PCB）是进程的静态描述，包括进程的描述信息，进程的控制信息，以及资源信息
时间片：他轮流在每个进程的得到的时间片用完后从进程那里千回控制权

1.1进程标识

os会为每一个进程分配一个唯一的盛行ID，作为进程的标识号（pid），还有父进程ID（ppid）
所有的进程的祖先都是同一个进程init进程，ID为1
通过getpid(),getppid() 得到进程的pid，ppid
实例：printf("pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());

1.2进程的用户ID与组ID

进程运行过程中必须有类似于用户的身份，哪个用户就是该用户的身份，就是那个用户的组
可用getuid(),getgid();获得
进程还有有效用户ID和有效组ID，缺少的情况下，与真实ID相同，可以用geteuid(),getegid();
文件权限有S的时候，有效ID是进程的所有者（创建者），否则有效ID就是程序的运行者，与真实ID相同
ps -aux查看所有用户进程的权限，cpu，和内存的使用情况
ps -ef 查看用户操作的PID与PPID 与CMD（命令行）

1.3进程的状态

执行态，就绪态，等待态

1.4LInux下的进程结构

Linux中的进程包含三个段：数据段，代码段，堆栈段
数据段：（普通数据段）全局变量，常熟（bbs数据段）为初始化的全局变量以及（堆）动态数据分配的数据空间
代码段：存放程序代码的数据
堆栈段：子程序的返回地址，子程序的参数，程序的局部变量



1.5LInux下的进程管理



进程process：是os的最小单位
1)ps查看活动进程
2)ps -aux查看所有进程%cpu，%mem stat状态（S睡眠T暂停R运行Z僵尸）
3)ps -aux|grep‘aa‘ 查找指定的（aa）进程
4)ps -ef可以现实父子关系和cmd
5)top现实前20条的进程，动态改变
6)./my_add 可能要运行很长时间，按ctrl+z可以把京城暂停，在执行  bg作业ID 可以将该进程带入后台运行例如：
[1]+ ./my_add 1 34 &  ，&表示该进程在后台正在运行。
利用jods可以查看后台任务
fg作业ID 把后台人物带到前台
7)kill -9 进程号（PID） 杀掉该进程  ，pkill a 进程名

2 进程的创建

Linux下有四类创建子进程的函数：system(),fork(),exec*(),popen();

2.1system函数

system函数system括号里面放的是命令，也就是cmd
 例子如下：
#include<iostream>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<stdio.h>
using namespace std;
int main(int argc,char *argv[]){
	char cmd[1024]="";
	for(int i=1;i<argc;i++){
		strcat(cmd,argv[i]);
		strcat(cmd," ");
	}
	puts(cmd);
	int ans;
	ans=system(cmd);
	printf("%x\n",ans);
}
用system调用其他可执行程序，并输入参数 输入例如： ./main ./my_add  其中my_add计算两个数之和
其中计算结果在system的返回值高字节上：ret00,所以直接出256
int main(int argc,char *argv[]){
	if(argc!=2){
		printf("failed\n");
		return 0;
	}
	int left,right;
	char cmd[1024]="";
	char line[1024]="";
	strcat(cmd,argv[1]);
	strcat(cmd," ");
	while(printf(">>"),scanf("%d %d",&left,&right)){
		memset(line,0,sizeof(line));
		sprintf(line,"%s %d %d",argv[1],left,right);
		strcpy(cmd,line);
		int ret;
		ret=system(cmd);
		printf("result:%d\n",ret/256);
	}
}

2.2fork函数

fork函数在以存在的进程中创建一个新的进程，新的进程作为子进程，原进程为父进程
父进程的返回值是子进程，子进程的返回值是0.
fork创建子进程是完全复制父进程，而且缓冲区也复制
元进程和子京城都从函数fork返回，在各自继续圆形下去，但是元函数的fork返回值
是子进程的pid，而在子进程中fork返回0,返回-1表示创建失败

#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
using namespace std;
int main(int argc,char *argv[]){
	pid_t pid;
	int i=3;
	printf("hello\n");
	pid=fork();
	fflush(stdout);//儿子复制的时候将缓冲区也复制了，如果没有这句话，上面的hello将出现两便
	if(pid>0){
		printf("parents:pid:%u,ret:%u,pp:%u\n",getpid(),pid,getppid());
	}
	else if(pid==0){
//		sleep(5);
		printf("child:pid:%u,ret:%u,pp:%u\n",getpid(),pid,getppid());
	}
	printf("bye!\n");
}

2.3exec函数

exec函数是用exec的第一个参数制定的程序覆盖现有的进程空间，也就是说执行exec族函数之后，他后面的所有代码不再执行
详细使用方法 在终端输入man exec
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[]);
其中path是包含执行文件名的全路径名，多个参数时，注意后面最后一个参数必须为NULL,arg是可执行文件的命令行参数

int execl(const char *path, const char *arg, ...);例如：
if(execl("/home/yang/0820/my_exec/","my_add","3","2",NULL)==-1){
		perror("execl error");
	}
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);例如：
if(execlp("./my_add","my_add","fwef","fwe","fewgeraf",NULL)==-1){
		perror("execlp error");
	}
int execv(const char *path, char *const argv[]);例如：

char *args[10];
	args[0]="my_add";
	args[1]="12";
	args[2]="23";
	args[3]=NULL;
	if(execv("/home/yang/0820/my_exec/my_add",args)==-1){
		perror("execl:");
	}

2.4popen函数（以后补充）

popen函数类似system函数，与system不同之处在于它使用管道操作,
原型为#include<stdio.h>

FILE*popen(const char *command, const char *type);

int pclose(FILE *stream);

command为可执行文件的全路径和执行参数，type可选参数为“r” 或“w”
“w”popen返回的文件流作为新的进程（例如my_add.exe）标准输入流,即stdin
“r”popen返回的文件流作为新进程的标准输出流 stdout，也就是说popen只改变新进程的标准输入流或者标准输出流
popen的详细流程：type为“r”，（即command命令的执行结果作为当前进程的输入结果），调用程序利用popen函数返回FILE*文件流指针，就可以通过常用的stdio库如fgets，来读取被调用函数的输出。如果type是“w”（即当前的程序的输出结果作为commend命令的输入），调用程序可以用fwrite想调用程序发送数据，而被调用的程序可以在自己的标准输入上读取这些数据
例子：
主程序屏幕输出：
FILE *fp;
char a[1000];
char b[1000];
char cmd[1024]="";
printf("plseas write\n");
fgets(a,1000,stdin);
sprintf(cmd,"%s %s",argv[1],a);
fp=popen(cmd,"r");//这个指令cmd为可执行文件的全路经
fgets(b,1000,fp);
printf("%s\n",b);

新进程屏幕输出：
FILE *fp;
char a[1000];
gets(a);
fp=popen(argv[1],"w");
fputs(a,fp);
pclose(fp);

3.进程控制与终止

用fork函数启动一个子进程时，子进程就有了自己的生命独立运行了
孤儿进程：如果父进程先于子进程退出，子进程就变成了孤儿进程（通常是父进程负责释放子进程的内存空间），此时将自动被PID为1的进程（即init）接管。孤儿进程退出后，它的清理工作由祖先进程init自动处理
僵尸进程：子进程退出，系统不会自动清理掉子进程的工作环境，必须有父进程调佣wait或waitpid函数来完成清理工作，如果父进程不做清理工作，一经推出的子进程就会成为僵尸进程，系统中如果僵尸进程过多就会影响系统性能
函数原型：
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options);
wait函数随机等待一个已经退出的子进程，并返回该子进程的pid
waitpid等待制定pid的子进程，如火为-1表示等待所有子进程
status参数是传出参数，存放子进程的退出状态
options用于改变waitpid的行为，其中最重要的是WNOHANG，它表示无论子进程是否有退出都立即返回
产生僵尸进程例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
main()
{
    pid_t pid = fork();
    if( pid == 0 )
    {
        exit(10);
    }
    else
    {
			sleep(10);

    }
}
避免僵尸进程例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
main()
{
    pid_t pid = fork();
    if( pid == 0 )
    {
        exit(10);
    }
    else
    {
			 wait(NULL);    //NULL表示等待所有进程
			 sleep(10);	//通常要将sleep放在wait的后面，要不然也会出现僵尸进程
    }
}

3.2进程的终止

5种方式终止：
1) main函数自然返回
2)调用exit函数
3)调用_exit函数
调用abort函数
接受能导致进程终止的信号ctrl + c 
exit与_exit区别：exit会处理缓冲区的内容，_exit不会处理缓冲区的内容

exit和_exit函数的原型：

#include<stdlib.h> //exit的头文件

#include<unistd.h> //_exit的头文件

void  exit(int status);

void_exit(int status);

status是一个整型的参数，可以利用这个参数传递进程结束是的状态，0表示正常退出，其他数表示出现错误，进程非正常结束


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