菜鸟学习历程【17】进程控制编程

进程控制编程

进程：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；

进程	程序
程序执行的实例	放到磁盘的可执行文件
进程不可在计算机之间迁移	程序通常对应着文件、静态和可以复制
动态	静态
暂时：进程是一个状态变化的过程	长久：程序可长久保存

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）

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。

进程的生命周期

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

运行: 多个进程可以同时存在，进程间可以通信

撤销: 进程可以被撤销，从而结束一个进程的运行

进程的状态（运行）：

执行状态：进程正在占用CPU

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

等待状态：进程不能使用CPU，若等待事件发生则可将其唤醒

Linux进程

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。

进程ID：（PID）标准进程的唯一数字

父进程：（PPID）

启动进程的用户ID（UID）

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。

临街资源：（共享资源）一次只允许一个进程访问的资源称为临界资源

临界区：进程中访问临界资源的那段程序代码称为临界区

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。

进程调度：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：抢占（优先级） 、非抢占式

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

目前，后两者最为常用。

死锁：多个进程因竞争资源而形成一种僵局,若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进

获取ID

pid_t getpid(void) 获取进程ID
pid_t getppid(void) 获取父进程ID

例如：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
printf("PID = %d\n", getpid());
printf("PPID = %d\n", getppid());

while(1);

return 0;
}

进程创建

1.fork()

pid_t fork(void)  创建子进程

子进程的ID号为父进程的ID号 + 1

特别：返回值返回两次，父进程返回子进程的ID号，子进程返回0

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
pid_t pid;
pid = fork();
if(-1 == pid)
{
perror("fork");
exit(1);
}
else if(0 == pid) //子进程返回0，子进程执行部分
{
printf("Child Process Id = %d\nParent Process Id = %d\n", getpid(), getppid());
}
else  //父进程执行部分
{
printf("Parent Process Id = %d\n", getpid());
}

return 0;
}

思考：下面这段代码的最终输出结果是？？？

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
pid_t pid;
pid = fork();
int count = 0;
count++;
printf("%d\n", count);
return 0;
}

注意：使用fork（）创建进程后，会有两个进程存在，对于fork而言，这两个进程在不同的地址空间（之前我们讲过对于一个进程而言会有一个4G的虚拟内存），那么对于fork后的两个进程，会存在两个地址一模一样的空间，子进程会将父进程的所有代码（除去各自独有的代码）复制到自己的代码段。

写时复制：当某个进程访问某个变量，并要修改时，则会分配另一个空间。

对于上面这个情况，当子进程尝试count++时，会改变count的值，此时系统会开辟另一个空间给子进程，此时count为0，那么经过自加后，输出count为1；对于父进程而言，也是一样的。

所以，上面的代码最终结果是：

1
1

2.vfork()

pid_t vfork(void);

vfork的子进程必须加exit()退出，否则会出错；

子进程先运行，子进程运行后，再执行父进程

vfork的子进程与父进程共享相同的资源

下面这段代码的输出结果又是如何的呢？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
pid_t pid;
int count = 0;
pid = vfork();
if(-1 == pid)
{
perror("vfork");
exit(1);
}
else if(0 == pid)
{
count++;
printf("count = %d\n", count);
exit(1);
}
else
{
count++;
printf("count = %d\n", count);
}
return 0;
}

我们知道，vfork的子进程和父进程共享相同的资源，那么在执行子进程中的count++时，count由原来的0变成1，输出1；

执行父进程的count++时，count又由1变成2，输出2；

所以最终结果是：

1
2

如果我将程序改动如下，结果又是什么呢？

......
int main()
{
pid_t pid;
pid = vfork();
int count = 0;
......
}

将pid = vfork();与int count = 0;的位置交换，最终结果会是如何？

结果如下：

1
1

为什么呢？

此时子进程和父进程依旧共享相同的资源，但它也共享了”int count = 0”这句话，所以在子进程执行完毕后，count = 1；当父进程开始执行时，先执行的是int count = 0，将原来的1又置为0，再经过自加操作，那么输出结果还是1；

3.exec函数族

exec启动一个新程序，替换原有的进程，因此进程的PID不会改变

1.int execl(const char *path, const char *arg, …);

path：被执行程序名（含完整路径）。
arg: 被执行程序所需的命令行参数，含程序名。以空指针（NULL）结束。

例如：

使用execl在进程中调用ls，显示当前目录下的文件信息。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
pid_t pid;
pid = vfork();

if(-1 == pid)
{
perror("vfork");
exit(1);
}
else if(0 == pid)
{
printf("Child process:%d\n", getpid());
execl("/bin/ls",NULL);
}
else
{
printf("Parent process\n");
}
return 0;
}

2.int execv(const char *path, char *const argv[]);

参数：

path：被执行程序名（含完整路径）。

argv[]: 被执行程序所需的命令行参数数组。

例如：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
char *argv[] = {"ls",NULL};
execv("/bin/ls", argv);

return 0;
}

进程等待

先介绍两个概念，一个是孤儿进程，一个是僵尸进程。

孤儿进程：其父进程在它之前结束，不能再对它进行回收

僵尸进程：子进程结束后，没有被回收的时间段内，被称为僵尸进程。

1.pid_t wait(int *status);

功能：阻塞该进程，直到其某个子进程退出。

例如：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
pid_t pid;
pid = fork();
int status;
if(-1 == pid)
{
perror("fork");
exit(1);
}
else if(0 == pid)
{
sleep(2);
printf("Child Process\n");
exit(6);
}
else
{
printf("Parent Process\n");
wait(&status);  //如果不需要知道它的退出类型，wait的形参写NULL也可以
if(WIFEXITED(status))
{
printf("Exit Normally %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
}
return 0;
}

如果不写wait()，在子进程sleep的过程中，其父进程就已经结束了，那么子进程就会变成孤儿进程，但加上wait后，父进程直到子进程结束才会退出。

...
else if(0 == pid)
{
printf("Child Process\n");
exit(6);
}
else
{
sleep(2);
printf("Parent Process\n");
wait(&status);
if(WIFEXITED(status))
{
printf("Exit Normally %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
}
...

如果我们将子进程中的sleep函数放在父进程中，那么在子进程执行结束后，父进程需要沉睡两秒后才执行，这两秒内，父进程没有去回收子进程，所以称子进程为僵尸进程，但两秒钟后，子进程又被回收。

2.pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

参数pid：（欲等待的子进程识别码）

pid < -1： 等待进程组识别码为pid绝对值的任何子进程。

pid = -1： 等待任何子进程，相当于wait()。

pid = 0： 等待进程组识别码与目前进程相同的任何子进程。

pid > 0： 等待任何子进程识别码为pid的子进程。

参数option：（通常设置为0）

WNOHANG： 如果没有任何已经结束的子进程则马上返回，不予以等待。

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

进程退出

exit（）与_exit（）

exit（）：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。

_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

所以，我们通常选择使用exit（），而不是用_exit（）；