嵌入式Linux学习笔记第四天 ——进程控制

嵌入式Linux学习笔记第四天

——进程控制

一：进程相关的基本概念

进程：进程是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动。

特点：动态性、并发性、独立性、异步性。

操作系统三态图：

进程ID（PID）：标识进程的唯一数字，一般为非负型数字。好比如我们的身份证一样，每个人的身份证号是唯一的。因为进程ID标示符总是唯一的，常将其用来做其他标示符的一部分以保证其唯一性，进程ID（PID）是无法在用户层修改的。

父进程ID（PPID）：任何一个进程（除init进程）都是由另一个进程创建，该进程称为被创建进程的父进程（PPID）。父进程ID无法在用户层修改，父进程的进程ID即为子进程的父进程ID（PPID）。

进程组ID（PGID）：在Linux系统中，每个用户都有用户ID（UID）和用户组ID（GUID）.同样，进程也拥有自己的进程ID（PID）和进程组ID（PGID）。进程组是一个或多个进程的集合;他们与同一作业相关联.每个进程组都有唯一的进程组ID（PGID），进程组ID（PGID）可以在用户层修改。比如，将某个进程添加到另一个进程组，就是使用setpgid()函数修改其进程组ID。

每个进程组都可以有一个组长进程，组长进程的进程组ID等于其进程ID.但组长进程可以先退出，即只要在某个进程组中有一个进程存在，则该进程组就存在，与其组长进程是否存在无关.进程组的最后进程可以退出或转移到其他组.

会话期：会话期是一个或多个进程组的集合。通常，一个会话开始于用户登录，终止于用户退出，在此期间该用户运行的所有进程都属于这个会话期。

进程互斥：两个或两个以上的进程，不能同时进入关于同一组共享变量的临界区域，否则可能发生与时间有关的错误，这种现象被称作进程互斥· 也就是说，一个进程正在访问临界资源，另一个要访问该资源的进程必须等待。

临界资源：临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源。各进程采取互斥的方式，实现共享的资源称作临界资源。

临界区：每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（Critical Section），每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。

进程同步：进程是并发执行的，不同进程之间存在着不同的相互制约关系。

进程调度：按一定的算法，从一组待运行的进程中选出一个来占用CPU运行。

调度算法：         1：先来先服务调度算法   2：短进程优先调度算法  

3：高优先级优先调度算法（在linux操作系统数值越大，优先级越低）  

4：时间片轮转法

死锁：指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

 

 

 

二：进程编程

1:获取本进程ID:      

getpid（取得进程识别码）

相关函数:fork，kill，getpid

表头文件:#include<unistd.h>

              #include<sys/types.h>

定义函数：pid_t getpid(void);

函数说明：getpid（）用来取得目前进程的进程识别码，许多程序利用取到的此值来建立临时文件，以避免临时文件相同带来的问题。

返回值：       成功：目前进程的进程识别码

                     失败：-1，出错原因存于error

 

2：获取父进程ID：

       getppid（取得父进程的进程识别码）

相关函数：fork，kill，getpid

表头文件：#include<unistd.h>

              #include<sys/types.h>

定义函数：pid_t getppid(void);

函数说明：getppid()用来取得目前进程的父进程识别码。

返回值：       成功：目前进程的父进程识别码

                     失败：-1，出错原因存于error

例：getpid.c

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

 

int main(void)

{

       printf("Pid =%d\n",getpid());

       printf("Ppid =%d\n",getppid());

       return 0;

}

 

运行结果

 

3：创建子进程 fork

相关函数：fork，kill，getpid

表头文件：#include<unistd.h>

              #include<sys/types.h>

定义函数：pid_t fork(void);

函数说明：fork()创建子进程。调用一次，返回两次

返回值：       在父进程：fork返回新创建的子进程PID

                     在子进程：fork返回0

                     错误： 返回负值

 

子进程的数据空间，堆栈空间都是从父进程拷贝的，而不是共享。

 

 

例程：fork.c

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <errno.h>

#include <math.h>

 

int main(void)

{

       pid_t child;

 

       child = fork();

       /*创建子进程*/

       if(child < 0)

       {

              printf("ForkError :%s\n",strerror(errno));

              exit(1);

       }

       else if(child == 0)  //子进程

              {

                     printf("iam the child: %d\n",getpid());

                     exit(0);

              }

              else //父进程

              {

                     printf("iam the futher: %d\n",getpid());

                     return(0);

              }

}

 

 

 

4：建立一个新的进程vfork（）

相关函数：wait，execve

表头文件：#include<unistd.h>

定义函数：pid_t vfork(void);

函数说明：vfork()会产生一个新的子进程，其子进程会复制父进程的数据与堆栈空间，并继承父进程的用户代码，组代码，环境变量、已打开的文件代码、工作目录和资源限制等。Linux 使用copy-on-write(COW)技术，只有当其中一进程试图修改欲复制的空间时才会做真正的复制动作，由于这些继承的信息是复制而来，并非指相同的内存空间，因此子进程对这些变量的修改和父进程并不会同步。此外，子进程不会继承父进程的文件锁定和未处理的信号。注意，Linux不保证子进程会比父进程先执行或晚执行，因此编写程序时要留意

死锁或竞争条件的发生。

 

返回值：如果vfork()成功则在父进程会返回新建立的子进程代码(PID)，而在新建立的子进程中则返回0。如果vfork 失败则直接返回-1，失败原因存于errno中。

错误代码

EAGAIN 内存不足。ENOMEM 内存不足，无法配置核心所需的数据结构空间。

 

Fork 与vfork的区别

1：fork：子进程拷贝父进程的数据空间

   Vfork：子进程与父进程的数据空间是共享的

 

2：fork：子进程与父进程的执行次序不确定

Vfork：子进程先运行，父进程后运行

 

例程：

#include<unistd.h>

#include<stdio.h>

 

int main(void)

{

  pid_t pid;

  int count = 0;

 

  pid = fork();

 

  count++;

  printf("count = %d\n",count);

 

  return（0）；

}

结果

 

将vfork改成 fork

结果

最后出错了，并且结果也不是预期的1,2

vfork创建子进程，父子进程是共享数据段的，且子进程先运行，当子进程运行到return0后，就将公共数据区里的count变量收回。再运行父进程，此时父进程里没有count变量，有些及其可能会是个随机数，得到的打印的count值会很大，而大部分的机器在没有初始化变量的情况下会默认count值为0，故此时可以打印出1。然而

最后经过上述理解，我觉得问题主要出在return 0上，  exit()(或return 0)会调用终止处理程序和用户空间的标准I/O清理程序(如fclose),这样会清楚本进程内或者函数内的数据，而 _exit和_Exit不调用而直接由内核接管进行清理，故不会立即进程变量的回收和清理，因为内核的清理一般是整个程序结束时才会进行空间回收。所以大家以后在使用vfork时返回函数一定使用_exit(),而尽量不要使用exit（）或者return。

改为如下

#include<unistd.h>

#include<stdio.h>

 

int main(void)

{

  pid_t pid;

  int count = 0;

 

  pid = vfork();

 

  count++;

  printf("count = %d\n",count);

 

       //return 0;

  _exit(0);

}

结果：

 

5：exec函数族

Fork是创建新的进程，产生新的PID。

Exec启动新的程序，替换原有的进程，不会产生新的PID。

execl（执行文件）
相关函数	fork，execle，execlp，execv，execve，execvp
表头文件	#include<unistd.h>
定义函数	int execl(const char * path,const char * arg,....);
函数说明	execl()用来执行参数path字符串所代表的文件路径，接下来的参数代表执行该文件时传递过去的argv(0)、argv[1]……，最后一个参数必须用空指针(NULL)作结束。
返回值	如果执行成功则函数不会返回，执行失败则直接返回-1，失败原因存于errno中。

 

execlp（从PATH 环境变量中查找文件并执行）

相关函数：fork，execl，execle，execv，execve，execvp

表头文件：#include<unistd.h>

定义函数：int execlp(const char *file,const char * arg,……)；

函数说明：execlp()会从PATH 环境变量所指的目录中查找符合参数file的文件名，找到后便执行该文件，然后将第二个以后的参数当做该文件的argv[0]、argv[1]……，最后一个参数必须用空指针(NULL)作结束。

返回值：如果执行成功则函数不会返回，执行失败则直接返回-1，失败原因存于errno 中。

 

execv（执行文件）

相关函数：fork，execl，execle，execlp，execve，execvp

表头文件：#include<unistd.h>

定义函数：int execv (const char * path,char * const argv[ ]);

函数说明：execv()用来执行参数path字符串所代表的文件路径，与execl()不同的地方在于execve()只需两个参数，第二个参数利用数组指针来传递给执行文件。

返回值：如果执行成功则函数不会返回，执行失败则直接返回-1，失败原因存于errno 中。

 

execve（执行文件）
相关函数	fork，execl，execle，execlp，execv，execvp
表头文件	#include<unistd.h>
定义函数	int execve(const char * filename,char * const argv[ ],char * const envp[ ]);
函数说明	execve()用来执行参数filename字符串所代表的文件路径，第二个参数系利用数组指针来传递给执行文件，最后一个参数则为传递给执行文件的新环境变量数组。
返回值	如果执行成功则函数不会返回，执行失败则直接返回-1，失败原因存于errno 中。

 

execvp（执行文件）
相关函数	fork，execl，execle，execlp，execv，execve
表头文件	#include<unistd.h>
定义函数	int execvp(const char *file ,char * const argv []);
函数说明	execvp()会从PATH 环境变量所指的目录中查找符合参数file 的文件名，找到后便执行该文件，然后将第二个参数argv传给该欲执行的文件。
返回值	如果执行成功则函数不会返回，执行失败则直接返回-1，失败原因存于errno中

 

例程：

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

 

int main(void)

{

       if(fork() == 0)

              if(execl("/bin/ps","ps","-ef",NULL)< 0 )

                     perror("execlerror");

}

 

 

进程等待

wait（等待子进程中断或结束）
相关函数	waitpid，fork
表头文件	#include<sys/types.h> #include<sys/wait.h>
定义函数	pid_t wait (int * status);
函数说明	wait()会暂时停止目前进程的执行，直到有信号来到或子进程结束。如果在调用wait()时子进程已经结束，则wait()会立即返回子进程结束状态值。子进程的结束状态值会由参数status 返回，而子进程的进程识别码也会一快返回。如果不在意结束状态值，则
参数	status可以设成NULL。子进程的结束状态值请参考waitpid()。
返回值	如果执行成功则返回子进程识别码(PID)，如果有错误发生则返回-1。失败原因存于errno中。

 

waitpid（等待子进程中断或结束）

相关函数：wait，fork

表头文件：#include<sys/types.h>

#include<sys/wait.h>

定义函数：pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options);

函数说明：waitpid()会暂时停止目前进程的执行，直到有信号来到或子进程结束。如果在调用wait()时子进程已经结束，则wait()会立即返回子进程结束状态值。子进程的结束状态值会由参数status返回，而子进程的进程识别码也会一快返回。如果不在意结束状态值，则参数status可以设成NULL。参数pid为欲等待的子进程识别码，其他数值意义如下:

pid<-1 等待进程组识别码为pid绝对值的任何子进程。

pid=-1 等待任何子进程，相当于wait()。

pid=0 等待进程组识别码与目前进程相同的任何子进程。

pid>0 等待任何子进程识别码为pid的子进程。

参数option可以为0 或下面的OR 组合

WNOHANG 如果没有任何已经结束的子进程则马上返回，不予以等待。

WUNTRACED 如果子进程进入暂停执行情况则马上返回，但结束状态不予以理会。

子进程的结束状态返回后存于status，底下有几个宏可判别结束情况

WIFEXITED(status)如果子进程正常结束则为非0值。

WEXITSTATUS(status)取得子进程exit()返回的结束代码，一般会先用WIFEXITED来判断是否正常结束才能使用此宏。

WIFSIGNALED(status)如果子进程是因为信号而结束则此宏值为真

WTERMSIG(status)取得子进程因信号而中止的信号代码，一般会先用WIFSIGNALED 来判断后才使用此宏。

WIFSTOPPED(status)如果子进程处于暂停执行情况则此宏值为真。一般只有使用WUNTRACED 时才会有此情况。

WSTOPSIG(status)取得引发子进程暂停的信号代码，一般会先用WIFSTOPPED 来判断后才使用此宏。

返回值

如果执行成功则返回子进程识别码(PID)，如果有错误发生则返回-1。失败原因存于errno中。

 

例程：

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

#include <stdio.h>

#include <errno.h>

#include <math.h>

 

int main(void)

{

       pid_t child;

      

       /*创建子进程*/

       child = fork();

 

       if(child == -1)

       {

              printf("ForkError:%s\n",strerror(errno));

              exit(1);

       }

       else if(child == 0) //子进程

       {

              printf("thechild process is runing\n");

              sleep(5);

              printf("i amthe child: %d\n",getpid());

              exit(0);

       }

       else

       {

              wait(NULL);  //待子进程退出时，父进程才运行

              printf("thefuther process is runing\n");

              printf("i amthe father:%d\n",getpid());

              return 0;

       }

 

}

 

结果

 

进程结束

exit（正常结束进程）

相关函数：_exit，atexit，on_exit

表头文件：#include<stdlib.h>

定义函数：void exit(int status);

函数说明：exit()用来正常终结目前进程的执行，并把参数status返回给父进程，而进程所有的缓冲区数据会自动写回并关闭未关闭的文件。

返回值

 

_	exit（结束进程执行）
相关函数	exit，wait，abort
表头文件	#include<unistd.h>
定义函数	void _exit(int status);
函数说明	_exit()用来立刻结束目前进程的执行，并把参数status返回给父进程，并关闭未关闭的文件。此函数调用后不会返回，并且会传递SIGCHLD信号给父进程，父进程可以由wait函数取得子进程结束状态。
返回值
这两个具体的区别参考http://www.linuxidc.com/Linux/2011-02/32125p4.htm