温故Linux后端编程（二）：进程

看、未来

发布于 2021-09-18 10:09:51

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发布于 2021-09-18 10:09:51

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什么是进程

一段程序的执行过程。

进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

一堆官方话，就·一段程序的执行过程。

关于操作系统领域进程的概念：操作系统（2）进程

进程原语

fork

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

功能：子进程复制父进程中的0~3g空间和PCB,但ID号不同。

fork调用一次返回两次

父进程中返回子进程id (就是大于0的意思)

子进程返回0

读时共享写时复制，可保高效

与之相关函数：

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

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

进程的产生方式：

进程的产生有多种方式，但是追本溯源是相通的。

(1)复制父进程的系统环境（放心，只要是你开的进程，肯定有父进程）
(2)在内核中建立进程结构
(3)将结构插入到进程列表，便于维护
(4)分配资源给该进程
(5)复制父进程的内存映射消息
(6)管理文件描述符和链接点
(7)通知父进程

下面是一张进程列表的图，命令：pstree。

可以看到init是所有进程的父进程，其他进程都是由init进程直接或间接fork出来的。

exec族

fork子进程是为了执行新程序（fork创建了子进程后，子进程和父进程同时被OS调度执行，因此子进程可以单独的执行一个程序，这个程序宏观上将会和父进程程序同时进行）

使用exec族函数运行新的可执行程序。exec族函数可以直接把一个编译好的可执行程序直接加载运行。

有了exec族函数后，典型的父子进程程序是这样的：子进程需要运行的程序被单独编写、单独编译链接成一个可执行程序(hello)。主进程为父进程，fork创建了子进程后在子进程中exec来执行hello，达到父子进程分别做不同程序同时（宏观上）运行的效果。

#include<unistd.h>

int execve(const char *path,char *const argv[],char *const envp[]);//这个是真正的系统调用
//以下的函数最后都是调用这个函数

int execl(const char *path,char *const argv,···);
int execlp(const char *file,char *const argv,···);
int execle(const char *path,char *const argv,···· ,char *const envp[]);
int execv(const char *path,char *const argv[]);
int execvp(const char *file,char *const argv,);

exec函数族装入并运行程序path/file，并将参数arg0(arg1, arg2, argv[], envp[])传递给子程序，出错返回-1.

看一下后缀：

后缀	功能
l	希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志
v	希望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针
p	是一个以NULL结尾的字符串数组指针，函数可以DOS的PATH变量查找子程序文件
e	函数传递指定参数envp，允许改变子进程的环境，无后缀e时，子进程使用当前程序的环境

下面我找到一些通俗易懂的栗子，算是让我明白了一点：

#ifdef HAVE_CONFIG_H
#include <config.h>
#endif

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  //以NULL结尾的字符串数组的指针，适合包含v的exec函数参数
  char *arg[] = {"ls", "-a", NULL};
  
  /**
   * 创建子进程并调用函数execl
   * execl 中希望接收以逗号分隔的参数列表，并以NULL指针为结束标志
   */
  if( fork() == 0 )
  {
    // in clild 
    printf( "1------------execl------------\n" );
    if( execl( "/bin/ls", "ls","-a", NULL ) == -1 )
    {
      perror( "execl error " );
      exit(1);
    }
  }
  
  /**
   *创建子进程并调用函数execv
   *execv中希望接收一个以NULL结尾的字符串数组的指针
   */
  if( fork() == 0 )
  {
    // in child 
    printf("2------------execv------------\n");
    if( execv( "/bin/ls",arg) < 0)
    {
      perror("execv error ");
      exit(1);
    }
  }
  
  /**
   *创建子进程并调用 execlp
   *execlp中
   *l希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志
   *p是一个以NULL结尾的字符串数组指针，函数可以DOS的PATH变量查找子程序文件
   */
  if( fork() == 0 )
  {
    // in clhild 
    printf("3------------execlp------------\n");
    if( execlp( "ls", "ls", "-a", NULL ) < 0 )
    {
      perror( "execlp error " );
      exit(1);
    }
  }
  
  /**
   *创建子里程并调用execvp
   *v 望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针
   *p 是一个以NULL结尾的字符串数组指针，函数可以DOS的PATH变量查找子程序文件
   */
  if( fork() == 0 )
  {
    printf("4------------execvp------------\n");
    if( execvp( "ls", arg ) < 0 )
    {
      perror( "execvp error " );
      exit( 1 );
    }
  }
  
  /**
   *创建子进程并调用execle
   *l 希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志
   *e 函数传递指定参数envp，允许改变子进程的环境，无后缀e时，子进程使用当前程序的环境
   */
  if( fork() == 0 )
  {
    printf("5------------execle------------\n");
    if( execle("/bin/ls", "ls", "-a", NULL, NULL) == -1 )
    {
      perror("execle error ");
      exit(1);
    }
  }
  
  /**
   *创建子进程并调用execve
   * v 希望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针
   * e 函数传递指定参数envp，允许改变子进程的环境，无后缀e时，子进程使用当前程序的环境
   */
  if( fork() == 0 )
  {
    printf("6------------execve-----------\n");
    if( execve( "/bin/ls", arg, NULL ) == 0)
    {
      perror("execve error ");
      exit(1);
    }
  }
  return EXIT_SUCCESS;
}

wait/waitpid

这里几个概念：

僵尸进程：子进程退出，父进程没有及时回收，子进程成为僵尸进程

孤儿进程：父进程退出，而子进程没有退出，子进程成为孤儿进程

init进程：1号进程，负责收留孤儿进程，成为他们的父进程

有几种方式终止进程：
（1）main返回
（2）调用exit
（3）调用_exit
（4）调用abort（给自己发送异常终止信号）
（5）由一个信号终止

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);
//这里的status为一个整形指针，是该子进程的返回状态。若该指针不为空，则可以通过该指针获取子进程退出时的状态。

pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options);
// pid是进程号
/*
	<-1 回收指定进程组内的任意子进程
	-1 回收任意子进程
	0 回收和当前waitpid调用一个组的所有子进程
	>0 回收指定ID的子进程
*/
//options：
/*
WNOHANG:强制回收，不阻塞。
WUNTRANCED:一般用上面那个
*/