进程

每个进程在内核中都有一个进程控制块(PCB)来维护进程相关的信息,Linux内核的进程控制块是task_struct结构体

  • 进程id。系统中每个进程有唯一的id,在C语言中用pid_t类型表示,其实就是一个非负整数。
  • 进程的状态,有运行、挂起、停止、僵尸等状态
  • 进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
  • 描述虚拟地址空间的信息。
  • 描述控制终端的信息。
  • 当前工作目录(Current Working Directory)。
  • umask掩码。
  • 文件描述符表,包含很多指向file结构体的指针。
  • 和信号相关的信息。
  • 用户id和组id。
  • 控制终端、Session和进程组。
  • 进程可以使用的资源上限(Resource Limit)。

FORK函数:

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

pid_t fork(void);

fork的作用是根据一个现有的进程复制出一个新进程,原来的进程称为父进程(Parent Process),新进程称为子进程(Child Process).

EXEC函数:

#include <unistd.h>

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 execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

这些函数如果调用成功,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动例程开始执行,不再返回,如果调用出错则返回-1,所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。

  • 不带字母p(表示path)的exec函数第一个参数必须是程序的相对路径或绝对路径
  • 带有字母l(表示list)的exec函数要求将新程序的每个命令行参数都当作一个参数传给它,命令行参数的个数是可变的,因此函数原型中有…,…中的最后一个可变参数应该是NULL,起sentinel的作用
  • 对于带有字母v(表示vector)的函数,则应该先构造一个指向各参数的指针数组,然后将该数组的首地址当作参数传给它,数组中的最后一个指针也应该是NULL,就像main函数的argv参数或者环境变量表一样。
  • 对于以e(表示environment)结尾的exec函数,可以把一份新的环境变量表传给它,其他exec函数仍使用当前的环境变量表执行新程序。

WAIT和WAITPID函数:

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

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

若调用成功则返回清理掉的子进程id,若调用出错则返回-1。父进程调用wait或waitpid时可能会:

  • 阻塞(如果它的所有子进程都还在运行)。
  • 带子进程的终止信息立即返回(如果一个子进程已终止,正等待父进程读取其终止信息)。
  • 出错立即返回(如果它没有任何子进程)。、、

这两个函数的区别是:

  • 如果父进程的所有子进程都还在运行,调用wait将使父进程阻塞,而调用waitpid时如果在options参数中指定WNOHANG可以使父进程不阻塞而立即返回0。
  • wait等待第一个终止的子进程,而waitpid可以通过pid参数指定等待哪一个子进程。

管道:

#include <unistd.h>
int pipe(int filedes[2]);

调用pipe函数时在内核中开辟一块缓冲区(称为管道)用于通信,它有一个读端一个写端,然后通过filedes参数传出给用户程序两个文件描述符,filedes[0]指向管道的读端,filedes[1]指向管道的写端(很好记,就像0是标准输入1是标准输出一样)。所以管道在用户程序看起来就像一个打开的文件,通过read(filedes[0]);或者write(filedes[1]);向这个文件读写数据其实是在读写内核缓冲区。pipe函数调用成功返回0,调用失败返回-1。

  1. 父进程调用pipe开辟管道,得到两个文件描述符指向管道的两端。
  2. 父进程调用fork创建子进程,那么子进程也有两个文件描述符指向同一管道。
  3. 父进程关闭管道读端,子进程关闭管道写端。父进程可以往管道里写,子进程可以从管道里读,管道是用环形队列实现的,数据从写端流入从读端流出,这样就实现了进程间通信
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#define MAXLINE 80

int main(void)
{ 
   int n;
   int fd[2]; 
   pid_t pid; 

   char line[MAXLINE];

   if (pipe(fd) < 0){
          perror("pipe");
          exit(1);
   }
   if ((pid = fork()) < 0) {
          perror("fork");
          exit(1); 
   } 
   if (pid > 0) { /* parent */ 
          close(fd[0]); 
          write(fd[1], "hello world\n", 12); 
          wait(NULL);
   } else { /* child */ 
          close(fd[1]); 
          n = read(fd[0], line, MAXLINE);
          write(STDOUT_FILENO, line, n); 
   } 

return 0;
}
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