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关于进程和线程的关系,之前一口君写过这几篇文章,大家可以参考下。 本文从头带着大家一起学习Linux进程 《搞懂进程组、会话、控制终端关系,才能明白守护进程干嘛的?》 《[粉丝问答6]子进程进程的父进程关系》 《多线程详解,一篇文章彻底搞懂多线程中各个难点》 《一个多线程的简单例子让你看清线程调度的随机性》 Linux 进程篇 一、进程相关概念了解进程的时候先来了解几个问题,明白以下问题,就懂了进程的概念 1.什么是程序,什么是进程,两者之间的区别? 程序是静态的概念,gcc xxx.c -o pro 磁盘中生成pro文件,叫做程序 程序如:电脑上的图标 进程是程序的一次运行活动, 通俗点说就是程序跑起来了,系统中就多了一个进程 2.如何查看系统中有哪些进程?使用ps指令查看 : ps-aux 在ubuntu下查看, 在实际工作中,配合grep来查找程序中是否存在某一个进程 grep 过滤进程 : ps -aux | grep init 就只把带有init的进程过滤出来
使用top指令查看,类似windows任务管理器 3.什么是进程标识符?每一个进程都有一个非负整数表示的唯一ID,叫做pid,类似身份证 pid =0 :称为交换进程(swapper) 作用: 进程调度 pid=1 :init 进程 作用: 系统初始化 编程调用getpid函数获取自身的进程标识符; #include #include pid_t getpid(void); pid_t getppid(void);getpid示例代码: #include #include #include int main() { pid_t pid; pid = getpid(); printf("my pid is %d\n",pid); return 0; } getppid获取父进程的进程标识符; 4. 第一个进程 init 进程Linux内核启动之后,会创建第一个用户级进程init,由上图可知, init 进程 (pid=1) 是除了 idle 进程(pid=0,也就是 init_task) 之外另一个比较特殊的进程,它是 Linux 内核开始建立起进程概念时第一个通过 kernel_thread 产生的进程,其开始在内核态执行,然后通过一个系统调用,开始执行用户空间的 / sbin/init 程序。 5.什么叫父进程,什么叫子进程?进程A创建了进程B,那么A叫做父进程,B叫做子进程,父进程是相对的概念,理解为人类中的父子关系 6. c程序的存储空间是如何分配的?gcc xxx.c -o a.out 当执行 ./a.out 时候,操作系统会划分一块内存空间,如何分配呢? 如下图: pid_t fork(void); 功能:使用fork函数创建一个进程 fork函数调用成功,返回两次 返回值为0 ,代表当前进程是子进程 返回值非负数,代表当前进程为父进程 调用失败 ,返回-1 1. fork();示例代码 #include #include #include int main() { pid_t pid; pid = getpid(); fork(); printf("my pid is %d\n",pid); return 0; }打印出了两遍 my pid 说明,有了两个进程!执行了两次打印pid
返回值为0 ,代表当前进程是子进程 返回值非负数,代表当前进程为父进程 #include #include #include int main() { pid_t pid; printf("father: id=%d\n",getpid()); pid = fork(); if(pid > 0){ printf("this is father print ,pid =%d\n",getpid()); }else if (pid == 0){ printf("this is child print, child pid = %d\n",getpid()); } return 0; }
./ demo4 编译运行后,我们ps -ef 查看进程ID
一个父进程希望复制自己,使父、子进程同时执行不同的代码段。这在网络服务进程中是常见的——父进程等待客户端的服务请求。当这种情求达到时,父进程调用fork,使子进程处理此请求。父进程则继续等待下一个服务请求到达。 一个进程要执行一个不同的程序。这对shell是常见的情况,在这种情况下子进程从fork返回后立即调用exec。 输入非1时候,模拟没有客户端进行交互
一个现有进程可以调用fork函数创建一个新进程。 include cunistd.h>pid_t fork(void); 返回值:子进程中返回0。父进程中返回子进程ID.出错返回-1 由fork创建的新进程被称为子进程(child process)。fork函数被调用一次,但返回两次。两次返回的唯一区别是子进程的返回值是0,而父进程的返回值则是新子进程的进程ID。将子进程ID返回给父进程的理由是:因为一个进程的子进程可以有多个,并且没有一个函数使一个进程可以获得其所有子进程的进程ID。fork使子进程得到返回值0的理由是:一个进程只会有一个父进程,所以子进程总是可以调用getppid以获得其父进程的进程ID(进程ID0总是由内核交换进程使用,所以一个子进程的进程ID不可能为0)。 子进程和父进程继续执行fork调用之后的指令。子进程是父进程的副本。例如,子进程获得父进程数据空间、堆和栈的副本。注意,这是子进程所拥有的副本。父、子进程并不共享这些存储空间部分。父、子进程共享正文段。 由于在fork之后经常跟随着exec,所以现在的很多实现并不执行一个父进程数据段、栈和堆的完全复制。作为替代,使用了写时复制(Copy-On-Write,COW)技术。这些区域由父、子进程共享,而且内核将它们的访问权限改变为只读的。如果父、子进程中的任一个试图修改些区域,则内核只为修改区域的那块内存制作一个副本,通常是虚拟存储器系统中的一“页”。 Bach和McKusick等对这种特征做了更详细的说明。 五、vfork创建进程 1. vfork函数 也可以创建进程,与fork有什么区别?关键区别一: vfork直接使用父进程存储空间,不用拷贝 关键区别二: vfork保证子进程先运行,当子进程调用exit退出后,父进程才执行 2. fork 进程调度 父子进程: #include #include #include int main() { pid_t pid; pid = fork(); if(pid >0){ while(1){ printf("this is father print pid is %d\n",getpid()); sleep(3); } }else if(pid == 0){ while(1){ printf("this is child print pid is =%d\n",getpid()); sleep(3); } } return 0; }vfork保证子进程先运行,当子进程调用3次 exit退出后,父进程才执行
下面对ps命令选项进行说明: 命令参数 说明 -e 显示所有进程. -f 全格式。 -h 不显示标题。 -l 长格式。 -w 宽输出。 -a 显示终端上的所有进程,包括其他用户的进程。 -r 只显示正在运行的进程。 -u 以用户为主的格式来显示程序状况。 -x 显示所有程序,不以终端机来区分。ps -ef 显示所有进程,全格式形式查看进程: ps -ef 的每列的含义是什么呢?正常退出: Mian函数调用return 进程调用exit(),标准c库 进程调用_exit()或者——Exit(),属于系统调用 进程最后一个线程返回 最后一个线程调用pthread_exit异常退出: 调用abort 当进程收到某些信号时候,如ctrl+C 最后一个线程对取消(cancellation),请求作出响应不管进程如何终止,最后都会执行内核中的同一段代码。这段代码为相应进程关闭所有打开描述符,释放它所使用的存储器等。 对上述任意一种终止情形,我们都希望终止进程能够通知其父进程它是如何终止的。对于三个终止函数(exit、_exit和_Exit),实现这一点的方法是,将其退出状态作为参数传送给函数。【如上面示例里面写到的cnt==3情况下,exit(0); 这个0就是子进程退出状态。】在异常终止情况下,内核(不是进程本身)产生一个指示其异常终止原因的终止状态。在任何一种情况下,该终止进程的父进程都能用wait或者waitpid取得其终止状态。 正常退出的三个函数: #include void exit(int status); #include void _exit(int status); #include void _Exit(int status);记得在结束子进程的时候要手动退出,不要使用break;会导致数据被破坏。 三种退出函数种,更推荐exit(); exit是 _exit 和_Exit 的一个封装, 会清除,冲刷缓冲区,把缓存区数据进程处理在退出。 2. 等待子进程退出为什么要等待子进程退出? 创建子进程的目的就是为了让它去干活,在网络请求当中来了一个新客户端介入,创建子进程去交互,干活也要知道它干完没有. 比如正常退出(exit/_exit /_Exit)为 完成任务 若异常退出 (abort)不想干了, 或被杀了 所有要等待子进程退出,而且还要收集它退出的状态 等待就是调用wait函数 和 waitpid函数 3. 僵尸进程子进程退出状态不被收集,会变成僵死进程(僵尸进程) 正如以下例子,就是子进程退出没有被收集,成了僵尸进程: #include #include #include #include int main() { pid_t pid; int cnt=0; printf("cnt=%d\n",cnt); pid = vfork(); if(pid >0){ while(1){ printf("cnt=%d\n",cnt); printf("this is father print pid is %d\n",getpid()); sleep(1); } }else if(pid == 0){ while(1){ printf("this is child print pid is =%d\n",getpid()); sleep(1); cnt++; if(cnt == 3 ){ exit(0); } } } return 0; }
如果其所有子进程都还在运行,则阻塞。: 通俗的说就是子进程在运行的时候,父进程卡在wait位置阻塞,等子进程退出后,父进程开始运行。 如果一个子进程已终止,正等待父进程获取其终止状态,则会取得该子进程的终止状态立即返回。 如果它没有任何子进程,则立即出错返回。 status参数: 是一个整型数指针 非空: 子进程退出状态放在它所指向的地址中。 空: 不关心退出状态 检查wait 和 waitpid 所返回的终止状态的宏 宏 说明 WIFEXITED (status) 若为正常终止子进程返回的状态,则为真。对于这种情况可执行WEXITSTATUS(status),取子进程传送给exit、_exit 或_Exit参数的低8位 WIFSIGNALED (status) 若为异常终止子进程返回的状态,则为真(接到一个不捕捉的信号)。对于这种情况,可执行WTERMSIG(status),取使子进程终止的信号编号。另外,有些实现(非Single UNIX Specification)宏义宏WCOREDUMP(status),若已产生终止进程的core文件,则它返回真 WIFSTOPPED (status) 若为当前暂停子进程的返回的状态,则为真,对于这种情况,可执行WSTIOPSIG(status),取使子进程暂停的信号编号 WIFCONTINUED (status) 若在作业控制暂停后已经继续的子进程返回了状态,则为真。(POSIX.1的XSI扩展,仅用于waitpid。) 比如说:exit(3) wait (状态码); 要通过宏来解析状态码 5. 收集退出进程状态 pid = vfork(); if(pid >0){ while(1){ printf("cnt=%d\n",cnt); printf("this is father print pid is %d\n",getpid()); sleep(1); } }else if(pid == 0){ wait(NULL); // 参数:status 是一个地址 为空 表示不关心退出状态 while(1){ printf("this is child print pid is =%d\n",getpid()); sleep(1); cnt++; if(cnt == 3 ){ exit(0); } } }wait(NULL); // 参数:status 是一个地址 为空 表示不关心退出状态 没有了11567子进程,这样就不是僵尸进程了
int status =10; wait(&status); // 参数status是一个地址 printf("child out ,chile status =%d\n",WEXITSTATUS(status)); //要解析状态码,需要借助WEXITSTATUS
wait和waitpid的区别之一: wait使父进程(调用者)阻塞,waitpid有一个选项 ,可以使父进程(调用者)不阻塞。 pid_t waitpid(pid_t pid , int *status ,int options); 对于waitpid函数种pid参数的作用解释如下: pid == -1 等待任一子进程。就这一方面而言,waitpid与wait等效。 pid > 0 等待其进程ID与pid相等的子进程。 pid == 0 等待其组ID等于调用进程组ID的任一子进程 pid 0){ waitpid(pid,&status,WNOHANG); // 参数pid 是子进程号,WNOHANG是若由pid指定的子进程并不是立即可用的,则waitpid不阻塞,此时其返回值为0; printf("child out ,chile status =%d\n",WEXITSTATUS(status)); while(1){ printf("cnt=%d\n",cnt); printf("this is father print pid is %d\n",getpid()); sleep(1); } }else if(pid == 0){ while(1){ printf("this is child print pid is =%d\n",getpid()); sleep(1); cnt++; if(cnt == 3 ){ exit(5); } } }
父进程如果不等待子进程退出,在子进程结束前就了结束了自己的“生命”,此时子进程就叫做孤儿进程。 2.孤儿进程被收留:Linux避免系统存在过多孤儿进程,init进程收留孤儿进程,变成孤儿进程的父进程【init进程(pid=1)是系统初始化进程】。init 进程会自动清理所有它继承的僵尸进程。 孤儿进程的代码: #include #include #include int main() { pid_t pid; int cnt=0; int status =10; pid = fork(); if(pid >0){ printf("this is father print pid is %d\n",getpid()); } else if(pid == 0){ while(1){ printf("this is child print pid is =%d,my father pid is=%d\n",getpid(),getppid()); sleep(1); cnt++; if(cnt == 3 ){ exit(5); } } } return 0; }
我们用fork函数创建新进程后,经常会在新进程中调用exec函数去执行另外一个程序。当进程调用exec函数时,该进程被完全替换为新程序因为调用exec函数并不创建新进程,所以前后进程的ID并没有改变。 2. 为什么要用exec族函数,有什么作用? 一个父进程希望复制自己,使父、子进程同时执行不同的代码段。这在网络服务进程中是常见的——父进程等待客户端的服务请求。当这种请求到达时,父进程调用fork,使子进程处理此请求。父进程则继续等待下一个服务请求到达。 一个进程要执行一个不同的程序。这对shell是常见的情况。在这种情况下,子进程从fork返回后立即调用exec。 3. exec族函数定义:功能: exec函数族提供了一种在进程中启动另一个程序执行的方法,它可以根据指定的文件名或目录名找到可执行文件,并用它来取代原调用进程的数据段、代码段和堆栈段。在执行完之后,原调用进程的内容除了进程号外,其他全部都被替换了。 在调用进程内部执行一个可执行文件,可执行文件既可以是二进制文件,也可以是linux下可执行的脚本文件。【通俗理解就是执行demo1的同时,执行一半去执行demo2。】 函数族: execl、execlp、execle、execv、execvp、execvpe 函数原型: #include extern char **environ; int execl(char *path , char *arg , ...); int execlp(char *file , char *arg , ...); int execle(char *path , char *arg , ... , char *const envp[] ); int execv(char *path , char *const argv[] ); int execvp(char *file , char *const atgv[] ); int execvpe(char *file , char *const argv[] , char *const envp[]);返回值: exec函数族的函数执行成功后不会返回,调用失败时,会设置errno并返回-1,然后从原程序的调用点接着往下执行。 参数说明: path :可执行文件的路径名字 arg:可执行程序所带的参数,第一个参数为可执行文件名字,没有带路径且arg必须以NULL结束。 file:如果参数file中包含/,则就将其视为路径名,否则就按PATH环境变量,在它所指定的各目录中搜寻可执行文件。 exec族函数参数极难记忆和分辨,函数名中的字符会给我们一些帮助: 字符 说明 l 使用参数列表 p 使用文件名,并从PATH环境寻找可执行文件 v 应该先构造一个指向各参数的指针数组,然后将该数组的地址作为这些函数的参数。 e 多了envp[]数组,使用新的环境变量代替调用进程的环境变量 4. exec函数 带 l 带p 带v 来说明参数特点先写一个带参数的程序,输入参数 输出参数,在上一篇Linux文件编程里,main参数我们学过。 ./echoarg代码: #include int main(int argc , char *argv[]) { int i =0; for(i =0 ;i 0) { wait(NULL); } if(pid == 0){ int fdSrc; char *readBuf=NULL; fdSrc = open("config.txt",O_RDWR); int size = lseek(fdSrc,0,SEEK_END); lseek (fdSrc,0,SEEK_SET); readBuf =(char *)malloc(sizeof(char)*size+8); int n_read= read(fdSrc,readBuf,size); char *p=strstr(readBuf,"LENG="); //找到(要修改的)位置 //参数1 要找的源文件 2.“要找的字符串” if(p==NULL){ printf("not found\n"); exit(-1); } p=p+strlen("LENG="); //移动字符串个字节 *p='0'; //*p 取内容 lseek (fdSrc,0,SEEK_SET); int n_write =write(fdSrc,readBuf,strlen(readBuf)); close(fdSrc); exit(0); } }else { printf("do noting\n"); } } return 0; }
使用execl 和 fork 结合 也能做到上面结果,而且更方便,但是在 ./changdata 可执行文件存在的情况下。 十、system函数 1. system函数定义:函数原型: #include int system(const char * string);函数说明: system()会调用fork()产生子进程,由子进程来调用/bin/sh-c string来执行参数string字符串所代表的命令,此命令执行完后随即返回原调用的进程。在调用system()期间SIGCHLD 信号会被暂时搁置,SIGINT和SIGQUIT 信号则会被忽略。 返回值: system()函数的返回值如下: 成功,则返回进程的状态值; 当sh不能执行时,返回127; 失败返回-1; 2. system函数的使用:用system也可以做到execl的功能 用system实现修改配置 数值代码: int main() { pid_t pid; int data = 10; while(1){ printf("please input a data\n"); scanf("%d",&data); if(data == 1){ pid = fork(); if(pid > 0){ wait(NULL); } if(pid == 0){ execl("./changdata config.txt"); exit(0); } }else { printf("do noting\n"); } } return 0; }sysem运行完调用的可执行文件后还会继续执行源代码。 附加说明: 在编写具有SUID/SGID权限的程序时请勿使用system(),system()会继承环境变量,通过环境变量可能会造成系统安全的问题。 十一、popen函数 1. popen函数的定义:函数原型: #include FILE *popen (const char *command ,const char *type); int pclose(FILE *stream);参数说明: command: 是一个指向以NULL结束的shell命令字符串的指针。这行命令将被传到bin/sh并且使用 -c标志 ,shell将执行这个命令。 type: 只能是读或者写中的一种,得到的返回值(标准I/O流)也具有和type相应 的只读或只写类型。如果type是”r“ 则文件指针连接到command的标准输出;如果type是”w“则文件指针连接到command的标准输入。 返回值: 如果调用成功,则返回一个读或者打开文件的指针,如果失败,返回NULL,具体错误要根据errno判断 int pclose(FILE *stream) 参数说明: stream:popen返回对丢文件指针 返回值: 如果调用失败,返回-1 作用: popen()函数用于创建一个管道:其内部实现为调用fork产生一个子进程,执行一个shell以运行命令来开启一个进程这个进程必须由pclose()函数关闭。 popen比system 在应用中的好处:
可以获取运行的输出结果
结果发现:
popen函数结束后,ps 输出的内容, 都捕获到 ret 数组里面去了。
popen可以获取运行的输出结果 ,可以读取也可以写入文件中。
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