Linux系统编程5--*进程【重点】_在终端输入top的是什么编程语言-优快云博客

本文围绕Linux系统编程中进程相关内容展开，介绍了进程与程序的区别、进程标识符、父进程与子进程等概念，还阐述了创建进程、进程退出、父进程等待子进程退出等操作，以及exec族函数、system函数等的使用和特点。

*1、Linux系统编程–进程相关概念

文章目录

*1、Linux系统编程--进程相关概念
*2、Linux系统编程--创建进程
3、Linux系统编程--进程退出
4、Linux系统编程--父进程等待子进程退出
5、Linux系统编程--`exec`族函数
*6、Linux系统编程--`system / popen`

1.1、什么是程序，什么是进程，有什么区别？

1.1.1 程序

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；

1.1.2 进程

进程是程序的一次运动活动，通俗点意思是程序跑起来了，系统中就多了一个进程；

1.1.3 区别

程序是永存的；进程是暂时的，是程序在数据集上的一次执行，有创建有撤销，存在是暂时的；
程序是静态的观念，进程是动态的观念；
进程具有并发性，而程序没有；
进程是竞争计算机资源的基本单位 ，程序不是。

1.2、如何查看系统中有哪些进程？

命令 ps -aux 列出所有进程；
命令 ps -aux|grep init 把含**init**的进程筛选出来
命令 **top**查看进程（类似于window任务管理器）

1.3、什么是进程标识符？

1.3.1 进程标识符

每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 //由它来决定，当前某一时刻由谁来跑；
- Pid = 1：init进程
  - 作用：系统初始化 //刚开始就应该执行的程序

1.3.2 `getpid` /`getppid` 函数

pid_t getpid(void);   //获取自身的进程标识符；
pid_t getppid(void);  //获取父进程的标识符；

添加头文件

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

getpid 获取自身的进程标识符；
getpid 获取父进程的标识符；

程序演示

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

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

	printf("my pid is %d\n",pid);
	while(1); //定住

	return 0;
}

// 编译 然后将输出输入到hello文件中
gcc -o hello hello_world.c 
// 执行
./hello
// 显示内容：Hello World

再打开一个终端，输入命令 top ,可见该进程正在执行；

1.4、什么是父进程，什么叫子进程？

进程A创造了进程B （A --> B）
- 进程A叫做父进程，B叫做子进程；
- 父子进程是相对的概念没理解为人类中的父子关系；

1.5、C程序的存储空间如何分配？

请添加图片描述

代码段： if else 等逻辑语句；
数据段：初始化的数据 int a = 0；
bss 段：未初始化的变量；
栈： calloc申请内存地址；
堆：函数地址，以及函数中所产生的局部变量；

请添加图片描述

*2、Linux系统编程–创建进程

2.1 fork()

pid_t fork(void);

创造一个子进程；
fork 调用成功（返回2下）
- 给父进程返回 非负数 且正好为子进程的 ID 号;
- 给子进程返回 0;

调用失败：返回 -1;

添加头文件

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

程序演示

//demo4.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
	pid_t pid;
	printf("father:id=%d\n",getpid());

	pid = fork();  //创造一个子进程

	if(pid > 0)
	{
		printf("this is father print,pid = %d\n\n",getpid());
	}
	else if(pid == 0)
	{
		printf("this is child print pid =%d\n",getpid());
	}   
	return 0;
}

2.2 进程创建发生了什么事

子进程不改变变量a，共享；
子进程改变变量a，从父进程里面拷贝一份变量a的地址给子进程；

2.3 fork创建一个子进程的一般目的

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。当这是请求到达时，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 是很常见的情况。在这种情况下，子进程从fork返回后立即调用exec；

//demo5.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

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)
			{
			}
			else if(pid ==0)
			{
				while(1)
				{
					printf("do net request,pid = %d\n",getpid());
					sleep(3);
				}
			}
		}
		else
		{
			printf("wait, do nothing\n");
		}
	}
	return 0;
}

父进程一直检测客服端用户输入，每当用户输入”1“，创建一个子进程，每个子进程都不断输出自己的 ID 号；
父进程和子进程互不影响；

2.4 小总结

请添加图片描述

2.5 `vfork()`

vfork( ) 与 fork( ) 的区别
1. vfork 直接使用父进程存储空间，不拷贝。
2. vfork 保证子进程先运行，当子进程调用 exit 推出后，父进程才执行。

//demo6.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	pid_t pid;
	int cnt = 0;
	pid = vfork();

	if(pid > 0)
	{
		while(1)
		{
			printf("this is father print,pid = %d\n",getpid());
			sleep(1);
			printf("cnt = %d\n",cnt);
		}
	}
	else if(pid == 0)
	{
		while(1)
		{
			printf("this is child print,pid = %d\n",getpid());
			sleep(1);
			cnt++;
			if(cnt ==3)
			{
				exit(0); //退出  0 代表这个子进程退出的状态
                //_exit(0);
                //_Exit(0);
                //不可以用 break 推出，会使cnt混乱
			}
		}
	}
	return 0;
}

3、Linux系统编程–进程退出

3.1 正常退出

Main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；

补充

进程最后一个线程返回了；
最后一个线程调用 pthread_exit ；

3.2 异常退出

调用 abort；
当进程收到某些信号时，如 ctrl + C;
最后一个线程对取消**（cancellation）**请求做出响应；

#include <stdio.h>
void exit(int status);

#include <unistd.h>
void _exit(int status);

#include <stdlib.h>
void _Eixt(int status);

3.3 小总结

请添加图片描述

4、Linux系统编程–父进程等待子进程退出

为什么等待，要干活

请添加图片描述

4.1 `wait() /waitpid()`

**僵尸进程：**子进程退出状态不被收集，变成僵死进程

孤儿进程 ：父进程如果不等待子进程退出，在子进程之前就结束了自己的“生命”，此时子进程叫做孤儿进程；

Linux避免系统存在过多的孤儿进程，init 进程收留孤儿进程，变成孤儿进程的父进程;
进程状态：
- 命令：ps -aux|grep a.out
S+ 正在运行；

Z+ 僵尸进程 (zombie)

4.1.1 检查`wait` 和`waitpid` 所返回的终止状态的宏-解析退出码

请添加图片描述

来说明是什么原因退出的；

解析status 退出码，也就是exit(?) 里的参数；

int status;
//子进程
exit(3);//退出码 ？ = 3 
//父进程
wait(&status);       //里面的退出码给 *status；
WEXITSTATUS(status)  //== 3 //返回"exit status"//解析退出码

父进程等待子进程退出，并收集子进程的退出状态；

4.1.2 `wait` 函数和 `waitpid` 函数介绍

请添加图片描述

将exit( ? )，里面的退出码给 * status；
如果其所有子进程都还在运行，则阻塞；
如果一个子进程已终止，正等待父进程获取其终止状态，则取得该子进程的终止状态立即返回；
如果没有任何子进程，则立即出错返回；

status参数：（是一个整型数指针）
- exit(3) status = 3;
- 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；
wait 和waitpid的区别
1. wait使调用者阻塞;
2. waitpid 有一个选项，可以使调用者不阻塞;
3. waitpid 等待一个指定的子进程，而wait 等待所有的子进程，返回任一终止子进程的状态；

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
	pid_t pid;

	int cnt = 0;
	int status = 10;

	pid = fork(); //创建子进程
	if(pid > 0)
	{	
		wait(&status);//等待子进程结束，防止子进程变成僵尸进程；
		printf("child quit,child status = %d\n",WEXITSTATUS(status));//返回的终止状态的宏WEXITSTATUS(*status)
		while(1)
		{
			printf("this is father print,pid = %d\n",getpid());
			sleep(1);
			printf("cnt = %d\n",cnt);
		}
	}
	else if(pid == 0)
	{
		while(1)
		{
			printf("this is child print,pid = %d\n",getpid());
			sleep(1);
			cnt++;
			if(cnt ==3)
			{
				exit(3); //退出
				//_exit(3);
                //_Exit(3);
			}
		}
	}
	return 0;
}

4.1.3 `waitpid` //用的不多

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

pid 参数
- 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 < -1 : 等待其组 ID 等于pid 绝对值的任一子进程；
options

4.2 孤儿进程

父进程如果不等待子进程退出，在子进程之前就结束了自己的“生命”，此时子进程叫做孤儿进程；
- Linux避免系统存在过多的孤儿进程，init 进程收留孤儿进程，变成孤儿进程的父进程

//demo8.c  演示出孤儿进程
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
	pid_t pid;

	int cnt = 0;
	int status = 10;

	pid = fork();//创建子进程；
	if(pid > 0)//父进程执行
	{
			printf("this is father print,pid = %d\n",getpid()); //打印一次，父进程就死了，死的比子进程早
	}
	else if(pid == 0)//子进程执行
	{
		while(1)
		{
			printf("this is child print,pid = %d, my father pid = %d\n",getpid(),getppid());
			sleep(1);
			cnt++;
			if(cnt ==3)
			{
				exit(3); //退出
				//
			}
		}
	}
	return 0;
}

请添加图片描述

结果
- 父进程打印一次
- 子进程打印一次
- 父进程死了，子进程被init进程(896) 收留，成为了init进程(896) 的子进程

5、Linux系统编程–`exec`族函数

(execl, execlp, execle, execv, execvp, execvpe)

推荐 blog：https://blog.youkuaiyun.com/u014530704/article/details/73848573

exec族函数函数的作用：
- 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。
功能：
　　在调用进程内部执行一个可执行文件。既可以是二进制文件，也可以是任何Linux下可执行的脚本文件。
函数族：
　　exec函数族分别是：execl, execlp, execle, execv, execvp, execvpe
函数原型

#include <unistd.h>
extern char **environ;

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[]);
//结尾带e的不常用

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：
l : 使用参数列表
p：使用文件名，并从PATH环境进行寻找可执行文件
v：应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

建议看推荐 blog

5.1 常用命令和函数

命令 whereis ls : 去找 ls 的绝对路径
打印输出函数：perror(" ? why ?") : 类似于 printf() ;
- perror(s) 用来将上一个函数发生错误的原因输出到标准设备(stderr)。参数 s 所指的字符串会先打印出，后面再加上错误原因字符串。此错误原因依照全局变量errno的值来决定要输出的字符串。

5.2 小功能–获取系统时间

命令：date;

请添加图片描述

命令：whereis date //获取date的绝对路径

请添加图片描述

//demo10.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
	printf("this pro get system date:\n");
	if(execl("/bin/date","date",NULL,NULL)== -1) //不加参数，所有第三个形参为NULL；
	{
		printf("execlp failed!\n");
		perror("why"); //输出上一个函数发生错误的原因
	}
	printf("after execlp***\n");

	return 0;
}

5.3 更改环境变量PATH

命令pwd //获取当前路径
命令echo $PATH //显示环境变量
命令export PATH =$PATH:/...

*6、Linux系统编程–`system / popen`

6.1 常用命令和函数

cat 查看体积较大的文件

6.2 `system()`

blog: <linux system函数详解 - 南哥的天下 - 博客园 (cnblogs.com)>

在system源码中，可以看出，system 是 execl 函数的封装，程序员也更愿意去用。

#include <stdio.h>
int system(const char *command)

作用：执行一个 shell 指令
返回值：
- 成功：返回进程的状态值；
- 不能执行：返回 127 ；
- 失败：返回 -1 ；
system() 与 execl() 的区别
- execl 这个函数系列他会代替调用它的程序执行完成后 不会回到主调程序中 直接用新的execl create的shell替代了原来的程序
- system 这个函数不同他会fork一个子程序中但他会在主调程序中等待 system的返回。相当于 for+execl+waitpid 三个函数的合体

//demo11.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
	printf("this pro get system date:\n");
   //if(execl("/bin/ps","ps",NULL,NULL)== -1) //不加参数，所有第三个形参为NULL；
    //这就是execl 与system 的区别;
	if(system("ps")== -1)
	{
		printf("execlp failed!\n");
		perror("why");
	}
	printf("after execlp***\n");

	return 0;
}

6.3 `popen()`

6.3.1 一些小常识

涉及到 FILE ，文件，我们就说 “流”； fopen、 fread...

6.3.2 `popen()` 用法介绍

blog: <linux下popen的使用心得_linux c++ popen 命令执行结束-优快云博客>

#include <stdio.h>
FILE *popen(const char *command, const char *type);
int pclose(FILE *stream); //关闭“流”；

返回一个文件流，

FILE *fp;  
fp = popen("ps","r");

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 并使用 -c 标志，shell 将执行这个命令。
mode：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;

6.3.3 `popen()` 的优势

相较system来说，popen 可以获取运行的输出结果；

//demo12.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
	char ret[1024] = {0};
	FILE *fp;

	//system("ps");
	//如何保存输出的数据到file文件呢？
	//不用system利用popen；
	fp = popen("ps","r");

//	size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
	int nread = fread(ret, 1,1024,fp); 
    //nread: fread返回读了几个数;
	printf("read ret %d byte,ret = %s\n",nread,ret);
	return 0;
}

实验结果

欢迎大家一起交流讨论

Linux系统编程5--*进程【重点】

*1、Linux系统编程–进程相关概念

文章目录

1.1、什么是程序，什么是进程，有什么区别？

1.1.1 程序

1.1.2 进程

1.1.3 区别

1.2、如何查看系统中有哪些进程？

1.3、什么是进程标识符？

1.3.1 进程标识符

1.3.2 getpid /getppid 函数

1.4、什么是父进程，什么叫子进程？

1.5、C程序的存储空间如何分配？

*2、Linux系统编程–创建进程

2.1 fork()

2.2 进程创建发生了什么事

2.3 fork创建一个子进程的一般目的

2.4 小总结

2.5 vfork()

3、Linux系统编程–进程退出

3.1 正常退出

3.2 异常退出

3.3 小总结

4、Linux系统编程–父进程等待子进程退出

4.1 wait() /waitpid()

4.1.1 检查wait 和waitpid 所返回的终止状态的宏-解析退出码

4.1.2 wait 函数和 waitpid 函数介绍

4.1.3 waitpid //用的不多

4.2 孤儿进程

5、Linux系统编程–exec族函数

exec族函数函数的作用：

5.1 常用命令和函数

5.2 小功能–获取系统时间

5.3 更改环境变量PATH

*6、Linux系统编程–system / popen

6.1 常用命令和函数

6.2 system()

6.3 popen()

6.3.1 一些小常识

6.3.2 popen() 用法介绍

6.3.3 popen() 的优势

1.3.2 `getpid` /`getppid` 函数

2.5 `vfork()`

4.1 `wait() /waitpid()`

4.1.1 检查`wait` 和`waitpid` 所返回的终止状态的宏-解析退出码

4.1.2 `wait` 函数和 `waitpid` 函数介绍

4.1.3 `waitpid` //用的不多

5、Linux系统编程–`exec`族函数

*6、Linux系统编程–`system / popen`

6.2 `system()`

6.3 `popen()`

6.3.2 `popen()` 用法介绍

6.3.3 `popen()` 的优势