从进程的创建到结束的生动体验_如何感受进程的创建-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/abobob/article/details/133466049

博主阅读《Linux操作系统原理与应用》后进行进程生命周期实验。尝试实现shell中top和ps相关命令，top命令因环境要求放弃，ps部分命令成功执行，复合命令遇问题待解决。还分析了进程从创建到结束的生命周期，后续将分析相关函数实现。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

进程生命周期实验的体验:

在阅读了《Linux操作系统原理与应用》一书第三章中fork()、exec、wait()、exit()等函数的应用与原理后，参考书中例子，编写了如下代码：

一、实现shell中top命令；

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

int main(){
    pid_t pid,pc;//定义一个pid结构体，pid_t在task_struct下；
    char command;
    char *arg_tp_d[]={"top",NULL};//shell 中top -d 3，3秒更新一次cpu进程情况；
    char *arg_tp_P[]={"top","-P",NULL};//shell中top -P,以CPU的使用资源降序排序显示
    char *arg_tp_M[]={"top","-M",NULL};//shell中top -M,以内存的使用资源降序排序显示
    char *arg_tp_N[]={"top","-N",NULL};//shell中top -N,以pid降序排序显示
    char *arg_tp_T[]={"top","-T",NULL};//shell中top -T,由进程使用的时间累计排序显示
    char *arg_tp_q[]={"top","-q",NULL};//shell中top -q,退出top
    char *envp[]={0,NULL};

    while(1){
        printf("**********************************\n");
        printf("输入top相关命令,来查看进程动态变化情况\n");
        printf("输入d执行'top -d 3'命令\n");
        printf("输入P执行'top -P'命令,以CPU的使用资源降序排序显示\n");
        printf("输入M执行'top -M'命令,以内存的使用资源降序排序显示\n");
        printf("输入N执行'top -N'命令,以pid降序排序显示\n");
        printf("输入T执行'top -T'命令,由进程使用的时间累计排序显示\n");
        printf("输入q执行'top -q'命令,退出top命令\n");
        command = getchar();//获取命令；
        getchar();//回车；

        pid = fork();//创建子进程；
        if(pid<0) {
            printf("Error！");//创建子进程失败；
            return -1;
        }
        else if(pid==0){//子进程；
            printf("This is the child process with pid of %d\n",getpid());
            switch(command){
                case 'd':
                execve("/bin/top",arg_tp_d,envp);
                break;
                case 'P':
                execve("/bin/top",arg_tp_P,envp);
                break;
                case 'M':
                execve("/bin/top",arg_tp_M,envp);
                break;
                case 'N':
                execve("/bin/top",arg_tp_N,envp);
                break;
                case 'T':
                execve("/bin/top",arg_tp_T,envp);
                break;
                case 'q':
                execve("/bin/top",arg_tp_q,envp);
                break;
                default:
                perror("wrong command:\n");
                break;//子进程结束；
            }
            exit(0);//子进程进入僵尸状态；
        }
        else{//父进程
            sleep(60);
            printf("This is father process with pid of %d\n",pid);
            pc=wait(NULL);
            printf("I catched a child process with pid of %d\n",pc);
        }
    }
    return 0;
}

代码设计想法：

以上代码父进程打印控制菜单，并接收命令；创建子进程，子进程去处理任务；
父进程与子进程协调共同完成shell中的top的相关命令；
其中top的二进制文件在bin目录下的top文件；

以下是输出结果：

在这里插入图片描述

在将process_tst.c文件编译后运行起来，由于top命令需要term环境有所要求，无法通过execve函数来实现打印功能，故放弃；
在这里插入图片描述

二、实现shell中ps相关命令：

尝试使用其他shell命令（ps相关命令）：

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

int main(){
    pid_t pid,pc;//定义一个pid结构体，pid_t在task_struct下；
    char command;
    char *arg_ps_tree[]={"pstree",NULL};//shell 中pstree;
    char *arg_ps_ef[]={"ps","-ef|more",NULL};//shell中ps -ef|more,查看进程号；
    char *arg_ps_a[]={"ps","-a",NULL};//shell中ps -a；
    char *arg_ps_x[]={"ps","-x",NULL};//shell中ps -x；
    char *envp[]={0,NULL};

    while(1){
        printf("**********************************\n");
        printf("输入ps相关命令,来查看进程相关信息\n");
        printf("输入t执行'pstree'命令\n");
        printf("输入e执行'ps -ef|more'命令,查看进程号\n");
        printf("输入a执行'ps -a'命令\n");
        printf("输入x执行'ps -x'命令\n");
        printf("输入q退出\n");
        command = getchar();//获取命令；
        getchar();//回车；

        pid = fork();//创建子进程；
        if(pid<0) {
            perror("Error！");//创建子进程失败；
            return -1;
        }
        else if(pid==0){//子进程；
            printf("This is the child process with pid of %d\n",getpid());
            switch(command){
                case 't':
                execve("/bin/pstree",arg_ps_tree,envp);
                break;
                case 'e':
                execve("/bin/ps",arg_ps_ef,envp);
                break;
                case 'a':
                execve("/bin/ps",arg_ps_a,envp);
                break;
                case 'x':
                execve("/bin/ps",arg_ps_x,envp);
                break;
                case 'q':
                break;
                default:
                perror("wrong command:\n");
                break;//子进程结束；
            }
            exit(0);//子进程进入僵尸状态；
        }
        else{//父进程
            pc=wait(NULL);
            sleep(30);
            printf("This is father process with pid of %d\n",getpid());
            if(command == 'q') break;
            printf("I catched a child process with pid of %d\n",pc);
        }
    }
    return 0;
}

代码设计想法：

以上代码父进程打印控制菜单，并接收命令；创建子进程，子进程去处理任务；
父进程与子进程协调共同完成shell中的ps的相关命令；
其中ps的二进制文件在bin目录下的ps文件；pstrees的二进制文件在bin目录下的pstree文件；

以下是输出及调试结果：

在这里插入图片描述

在输入a、x后，对ps-a、ps -x命令都有很好的回应，顺利打印了进程的相关信息，从上图也能看到process_tst1的4个进程；

在这里插入图片描述

在输入e要实现“ps -ef|more”命令时，出现了错误，经分析“ps -ef|more”后，这是一个同时执行ps命令与more命令的复合命令，中间的|是管道。而我们代码中只给了ps二进制目录，more的二进制目录并未给出，对于如何在execve函数中同时执行两个命令现阶段仍不太清楚，如果有同学知道，希望在评论区给出你的答案；

case 'e':
         execve("/bin/ps",arg_ps_ef,envp);
         break;

在输入t后实现“pstree”命令，顺利打印出系统中进程关系，在最后可以看到我们自己创建的两个process_tst1进程；

在这里插入图片描述

三、分析进程生命周期：

针对第二次实验中的代码及输出，可以对进程的创建到结束有一定的认识：

我们在运行process_tst1可执行文件(ELF)后，便生成了一个进程，也就是下面进程关系图中的process_tst1(至于为什么有两个process_tst1进程？是因为我在两个终端上分别运行了process_tst1，是同一个程序运行了两遍，这两个process_tst1进程对应的进程号不同,是不同的进程)；

进程在执行程序到 pid = fork();时，进程 process_tst1创建子进程（在下图中可以看到不同进程process_tst1后面fork出两个子进程ps和pstree，这是子进程在继承了父进程后自己独有的特色）；

此时父进程通过wait(NULL)来等待子进程运行，只有子进程运行结束,父进程才能进行下一步运算;

在子进程中,通过输入不同的command值来选择执行不同的execve函数,再通过execve函数执行不同的shell命令;在子进程运行结束调用exit()函数后,子进程便变为僵尸状态,等待父进程中wait()函数取出子进程结束时的状态,最终子进程完全结束;

在这里插入图片描述