day28 文件IO及进程线程基础

luochen330x

于 2024-12-11 23:39:05 发布

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文章标签： linux 运维服务器

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/luochen330x/article/details/144398541

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讨论光标共享情况

1.dup和dup2定义变量赋值都共享光标

2.使用两个描述符调用两次open函数打开同一个文件，不共享光标

#include <myhead.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    //1、描述符赋值给新的变量
    char buff[1024] = "abcdefg";
    int newfd;
    int fd1 = open("./1.txt",O_RDWR);
    if(fd1==-1)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    write(fd1,buff,sizeof(buff));
    newfd = fd1;//新的变量当作描述符被赋值
    lseek(newfd,3,SEEK_SET);//从文件开头移动3个字节
    read(fd1,buff,sizeof(buff));
    printf("%s\n",buff);

    memset(buff,0,sizeof(buff));//清空buff
    //2、两个描述符指向同一个文件
    char str[100] = "";
    int fd3,fd4;
    fd3 = open("./2.txt",O_RDWR);
    if(fd3==-1)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    fd4 = open("./2.txt",O_RDWR);
    if(fd4==-1)
    {
        perror("open");
        return -1;
    }
    lseek(fd3,3,SEEK_SET);//fd3从文件开头移动3个字节
    read(fd4,str,sizeof(str));//读取fd4的光标
    printf("%s",str);//输出

    return 0;
}

stat

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

       int stat(const char *pathname, struct stat *statbuf);
    功能：获取文件的详细信息
    参数1：文件路径和文件名
    参数2：获取到的文件信息存储地址。
    struct stat {
               dev_t     st_dev;         /* 设备号 */
               ino_t     st_ino;         /* Inode号 */
               mode_t    st_mode;        /*文件类型和权限 */
               nlink_t   st_nlink;       /* 硬链接数 */
               uid_t     st_uid;         /* 所有者ID */
               gid_t     st_gid;         /* 所有者组ID */
               dev_t     st_rdev;        /* 特殊文件的设备号 */
               off_t     st_size;        /* 最大容量按照字节存储 */
               blksize_t st_blksize;     /* 每一块大小，按照字节 */
               blkcnt_t  st_blocks;      /* 块的数量 */
        返回值：成功返回0，失败返回-1，并置位错误码。

#include <myhead.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    struct stat sb;
    int res = stat("./09.c",&sb);//文件的信息存入sb结构体变量
    if(res==-1)
    {
        perror("stat");
        return -1;
    }
    switch (sb.st_mode & S_IFMT) {
           case S_IFBLK:  printf("block device\n");            break;
           case S_IFCHR:  printf("character device\n");        break;
           case S_IFDIR:  printf("directory\n");               break;
           case S_IFIFO:  printf("FIFO/pipe\n");               break;
           case S_IFLNK:  printf("symlink\n");                 break;
           case S_IFREG:  printf("regular file\n");            break;
           case S_IFSOCK: printf("socket\n");                  break;
           default:       printf("unknown?\n");                break;
           }    
    return 0;
}

opendir和closedir

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

       DIR *opendir(const char *name);
       功能：打开文件目录，返回指向目录的指针。
       参数：目录路径和名字
       返回值：成功返回打开的目录指针，失败返回NULL，并置位错误码。
       int closedir(DIR *dirp);
        功能：关闭文件目录指针指向的文件。
        参数：opendir返回的指针。
        返回值：成功返回0，失败返回-1，并置位错误码。

readdir

  #include <dirent.h>
    struct dirent *readdir(DIR *dirp);
    功能：读取目录里面的所有文件或者文件夹信息
    参数：目录指针
    返回值：成功返回目录指针指向的文件信息结构体，失败返回NULL，并置位错误码。
     struct dirent {
               ino_t          d_ino;       /* Inode number */
               off_t          d_off;       /* Not an offset; see below */
               unsigned short d_reclen;    /* Length of this record */
               unsigned char  d_type;      /* Type of file; not supported
                                              by all filesystem types */
               char           d_name[256]; /* Null-terminated filename */
           };

#include <myhead.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    DIR *dir = opendir("/home/ubuntu/24101/IO/IO-1/");//打开一个文件夹
    if(dir==NULL)
    {
        perror("opendir");
        return -1;
    }
    while(1)
    {
        struct dirent *hangzhou = readdir(dir);//读取文件夹的内容
        if(hangzhou==NULL)
        {
            perror("readdir");
            return -1;
        }
        printf("文件名：%s\n",hangzhou->d_name);
        switch(hangzhou->d_type)//输出文件的类型
        {
            case DT_BLK:
            printf("块设备文件\n");
            break;
            case DT_CHR:
            printf("字符设备文件\n");
            break;
            case DT_DIR:
            printf("目录文件\n");
            break;
            case DT_FIFO:
            printf("管道文件\n");
            break;
            case DT_REG:
            printf("普通文件\n");
            break;
        }
    }
    closedir(dir);//关闭文件夹    
    return 0;
}

进程（process）

程序的一次执行过程就是进程

1、进程概念：

时间片轮询上下文切换。

1、进程1在3ms时间内运行结束，那么cpu会将进程1出队，继续询问进程2.

2、进程1需要8ms才能结束，那么cpu会在第5ms时将进程1，放入就绪队列尾部

3、进程1正好5ms运行结束cpu将进程1出队。

4、如果有外部优先级更高的事件打断进程1，进程1也会进入就绪队列等待。例如IO

2、进程内存管理

1、进程在创建时系统会从1G的物理内存中，通过mmu映射出4G的虚拟内存，其中0--3G的内存是所有进程的空间，进程间空间是独立的，但是3--4G的空间是内核空间，由所有进程共享。

2、注意在32位的操作系统中，1G物理内存映射出来4G虚拟内存，在64位的操作系统中，1G物理内存映射出来256T虚拟内存。

3、进程之间并不能直接进程数据交换，但是可以通过内核空间实现数据交换也就是进程间通信。

3、进程和程序区别

1、进程是动态的，随着程序的执行而创建，随着程序的结束而消亡。

2、程序是存储在内存的二进制文件，进程消亡程序并不会消失。

3、进程是动态，程序是静态。

4、进程种类

Linux系统中进程种类可以为三种：

1、交互进程，如vi编辑器，实现用户和主机之间的交流。

2、批处理进程，如gcc编译器的一步到位的编译，批处理进程将所有进程放入就绪队列，一次性全部运行结束。

3、守护进程，不受用户控制，不依赖于终端，随着系统的开启而开启，随着系统的关闭而消亡。

5、进程号

pid（process ID）：当前进程的进程号。

ppid（parent process ID）：父进程号。

每一个子进程都不会凭空产生，都由父进程创建而生（除了守护进程等伴随操作系统的特殊进程），

每一个子进程和其父进程都有自己的ID号，也就是进程号。

进入到该文件下：cd /proc/

可以查看操作系统中所有的进程号。

6、Linux下5个特殊进程

1、0号进程，又叫idel进程没有父进程，系统启动时创建的，维护系统运行，当系统内没有任何进程需要执行时运行0号进程，系统处于待机状态。

2、1号进程，又叫 init进程父进程就是0号进程，也被称为守护进程，当有子进程处于僵尸状态时，1号进程会为子进程收尸。

3、2号进程，又称为kthreadd进程，是调度进程，完成任务器各项任务的调度工作。

4、僵尸进程：父进程还在运行，但是子进程已经消亡，而父进程并没有回收子进程的资源，这时子进程就被称为僵尸进程。

5、孤儿进程：父进程已经消亡，但是子进程还在运行，此时子进程就被称为孤儿进程。

7、进程的shell指令（ps top kill pidof）

1、查看进程状态：ps -ajx

 PPID    PID   PGID    SID TTY       TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
     0      1      1      1 ?            -1 Ss       0   0:03 /sbin/init splash
     0      2      0      0 ?            -1 S        0   0:00 [kthreadd]
     2      3      0      0 ?            -1 I<       0   0:00 [rcu_gp]
     2      4      0      0 ?            -1 I<       0   0:00 [rcu_par_gp]
     2      5      0      0 ?            -1 I        0   0:00 [kworker/0:0-cgr]
     2      6      0      0 ?            -1 I<       0   0:00 [kworker/0:0H-kb]
     2      8      0      0 ?            -1 I<       0   0:00 [mm_percpu_wq]
     2      9      0      0 ?            -1 S        0   0:00 [ksoftirqd/0]
     2     10      0      0 ?            -1 I        0   0:02 [rcu_sched]
     2     11      0      0 ?            -1 S        0   0:00 [migration/0]
     2     12      0      0 ?            -1 S        0   0:00 [idle_inject/0]
     2     14      0      0 ?            -1 S        0   0:00 [cpuhp/0]
     2     15      0      0 ?            -1 S        0   0:00 [kdevtmpfs]
     2     16      0      0 ?            -1 I<       0   0:00 [netns]
     2     17      0      0 ?            -1 S        0   0:00 [rcu_tasks_kthre]
PPID:父进程进程号
PID：当前进程的进程号
PGID：当前进程组的进程号
TTY：如果是？表示不依赖于任何终端而运行。
STAT：进程的状态（S：可中断的休眠态，+：前台运行状态）
TIME：进程执行的时间
COMMAND：进程的名称。

2、查看进程的CPU占用率 ps -aux

ubuntu@ubuntu:proc$ ps -aux
USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root          1  0.0  0.3 159804  7232 ?        Ss   10:23   0:03 /sbin/init splash
root          2  0.0  0.0      0     0 ?        S    10:23   0:00 [kthreadd]
root          3  0.0  0.0      0     0 ?        I<   10:23   0:00 [rcu_gp]
root          4  0.0  0.0      0     0 ?        I<   10:23   0:00 [rcu_par_gp]
root          5  0.0  0.0      0     0 ?        I    10:23   0:00 [kworker/0:0-cgr]
root          6  0.0  0.0      0     0 ?        I<   10:23   0:00 [kworker/0:0H-kb]
root          8  0.0  0.0      0     0 ?        I<   10:23   0:00 [mm_percpu_wq]
root          9  0.0  0.0      0     0 ?        S    10:23   0:00 [ksoftirqd/0]
root         10  0.0  0.0      0     0 ?        I    10:23   0:02 [rcu_sched]
root         11  0.0  0.0      0     0 ?        S    10:23   0:00 [migration/0]
root         12  0.0  0.0      0     0 ?        S    10:23   0:00 [idle_inject/0]
root         14  0.0  0.0      0     0 ?        S    10:23   0:00 [cpuhp/0]
root         15  0.0  0.0      0     0 ?        S    10:23   0:00 [kdevtmpfs]
root         16  0.0  0.0      0     0 ?        I<   10:23   0:00 [netns]
USER ：当前用户
%CPU：CPU占用率
%MEM：内存占用率
START：创建时间

3、进程之间的树状关系 pstree

ubuntu@ubuntu:proc$ pstree
systemd─┬─ModemManager───2*[{ModemManager}]
        ├─NetworkManager─┬─2*[dhclient]
        │                └─2*[{NetworkManager}]
        ├─VGAuthService
        ├─accounts-daemon───2*[{accounts-daemon}]
        ├─acpid
        ├─avahi-daemon───avahi-daemon
        ├─bluetoothd

4、查看进程间的关系 ps -ef

ubuntu@ubuntu:proc$ ps -ef
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root          1      0  0 10:23 ?        00:00:03 /sbin/init splash
root          2      0  0 10:23 ?        00:00:00 [kthreadd]
root          3      2  0 10:23 ?        00:00:00 [rcu_gp]
root          4      2  0 10:23 ?        00:00:00 [rcu_par_gp]
root          5      2  0 10:23 ?        00:00:00 [kworker/0:0-cgr]
root          6      2  0 10:23 ?        00:00:00 [kworker/0:0H-kb]
root          8      2  0 10:23 ?        00:00:00 [mm_percpu_wq]
root          9      2  0 10:23 ?        00:00:00 [ksoftirqd/0]
root         10      2  0 10:23 ?        00:00:02 [rcu_sched]
root         11      2  0 10:23 ?        00:00:00 [migration/0]

5、动态查看进程的状态 top

top - 14:13:35 up  3:50,  1 user,  load average: 0.00, 0.01, 0.00
任务: 315 total,   1 running, 248 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  2.1 us,  2.1 sy,  0.0 ni, 95.8 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem :  1987060 total,   130112 free,  1469492 used,   387456 buff/cache
KiB Swap:   969960 total,   874984 free,    94976 used.   331056 avail Mem 

进程 USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR � %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                
  1649 ubuntu    20   0  600048 102164  28996 S  3.0  5.1   0:47.74 Xorg                                                                                   
  1846 ubuntu    20   0 3041844 156168  41260 S  2.0  7.9   0:59.59 gnome-shell                                                                            
  2255 ubuntu    20   0  922236  75776  33960 S  1.7  3.8   0:38.26 x-terminal-emul                                                                        
    10 root      20   0       0      0      0 I  0.3  0.0   0:02.19 rcu_sched                                                                              
   647 avahi     20   0   47408   3244   2836 S  0.3  0.2   0:06.59 avahi-daemon                                                                           
  3455 root      20   0       0      0      0 I  0.3  0.0   0:08.05 kworker/0:2-eve                                                                        
     1 root      20   0  159804   7232   5244 S  0.0  0.4   0:03.49 systemd                                                                                
     2 root      20   0       0      0      0 S  0.0  0.0   0:00.00 kthreadd                                                                               
     3 root       0 -20       0      0      0 I  0.0  0.0   0:00.00 rcu_gp                                                                                 
     4 root       0 -20       0      0      0 I  0.0  0.0   0:00.00 rcu_par_gp                                                                             
     5 root      20   0       0      0      0 I  0.0  0.0   0:00.02 kworker/0:0-cgr                                                                        
     6 root       0 -20       0      0      0 I  0.0  0.0   0:00.00 kworker/0:0H-kb                                                                        
     8 root       0 -20       0      0      0 I  0.0  0.0   0:00.00 mm_percpu_wq                                                                           
     9 root      20   0       0      0      0 S  0.0  0.0   0:00.27 ksoftirqd/0                                                                            
    11 root      rt   0       0      0      0 S  0.0  0.0   0:00.09 migration/0                                                                            
    12 root     -51   0       0      0      0 S  0.0  0.0   0:00.00 idle_inject/0

8、向进程发送信号指令 kill

发送信号：kill -信号号进程ID

8、进程状态和切换

1、进程创建后进入就绪队列

2、通过CPU的时间片轮询，处于运行态

3、如果被外部事件如IO，中断，会处于阻塞状态。

4、解除阻塞状态后，会重新进入到就绪队列。

5、直至运行结束处于消亡态。

9.进程的创建

fork函数

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

       pid_t fork(void);
        功能：创建子进程，子父进程空间独立，在父进程中返回值时子进程的ID，在子进
        程中返回值是0，创建子进程失败返回-1.
        参数：无
        返回值：在父进程中返回值时子进程的ID，在子进程中返回值是0，创建子
        进程失败返回-1。

创建子进程

#include <myhead.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    pid_t  pid = fork();//创建子进程
    if(pid==0)//进入到子进程执行流
    {
        //子进程执行流
        printf("我是子进程\n");
    }
    else if(pid>0)//进入到父进程执行流
    {
        //进入到父进程执行流
        sleep(1);
        printf("我是父进程\n");
        printf("父进程中子进程的ID：%d\n",pid);
    }
    else
    {
        perror("fork");
        return -1;
    }
    printf("*************\n");//子父进程都会执行这行代码
    while(1);
    return 0;
}

写时拷贝技术

1、写时拷贝技术，当创建子进程后，子父进程空间在发生数据写操作时就独立。

2、子进程中对局部变量的操作不会影响到父进程，父进程中对局部变量的操作不会影响到子进程。

3、进程之间数据不共享。

1、讨论子父进程是否共享全局变量

fork之后子父进程独立运行，子进程拷贝了父进程的资源，所以子进程修改变量，不会影响到父进程内的变量。

#include <myhead.h>
int n = 100;
int main(int argc, const char *argv[])
{
    pid_t  pid = fork();//创建子进程
    if(pid==0)//进入到子进程执行流
    {
        //子进程执行流
        n = n+1;
        printf("我是子进程 n= %d\n",n);
    }
    else if(pid>0)//进入到父进程执行流
    {
        //进入到父进程执行流
        sleep(1);
        printf("我是父进程n = %d\n",n);
        printf("父进程中子进程的ID：%d\n",pid);
    }
    else
    {
        perror("fork");
        return -1;
    }
    printf("*************\n");
    while(1);
    return 0;
}

局部变量不会共享

#include <myhead.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    int n = 100;
    pid_t  pid = fork();//创建子进程
    if(pid==0)//进入到子进程执行流
    {
        //子进程执行流
        n = n+1;
        printf("我是子进程 n= %d\n",n);
    }
    else if(pid>0)//进入到父进程执行流
    {
        //进入到父进程执行流
        sleep(1);
        printf("我是父进程n = %d\n",n);
        printf("父进程中子进程的ID：%d\n",pid);
    }
    else
    {
        perror("fork");
        return -1;
    }
    printf("*************\n");
    while(1);
    return 0;
}

作业

#include <luochen.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
	int fd1= open("./1.txt",O_RDONLY);
	int fd2= open("./2.txt",O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY,0664);
	int fd3= open("./3.txt",O_RDONLY);
	int fd4= open("./4.txt",O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY,0664);
	pid_t pid = fork();
	if(pid==0)
	{
		if(-1==fd1)
		{
			perror("open");
			return -1;
		}
		char buff[1024];
		while(1)
		{
		int res = read(fd1,buff,sizeof(buff));
		if(res == 0)
		{
		break;
		}
		write(fd2,buff,res);
		}
	}
	if(pid>0)
	{
		if(-1==fd3)
		{
			perror("open");
			return -1;
		}
		char buff[1024];
		while(1)
		{
			int res = read(fd3,buff,sizeof(buff));
			if(res == 0)
			{
				break;
			}
			write(fd4,buff,res);
		}
	}




	return 0;
}

#include <luochen.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{   
	int fd =open("./1.txt",O_RDONLY);
	if(-1==fd)
	{
	perror("open");
	return -1;
	}
	pid_t pid = fork();
	int len = lseek(fd,0,SEEK_END);
	int half = len/2;

	if(pid>0)
	{
	//父进程
	lseek(fd,0,SEEK_SET);
	int fd1 = open("./5.txt",O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY);
	char *buff = malloc(sizeof(char)*half);
	int res = read(fd,buff,half);
	write(fd1,buff,res);
	close(fd1);
	}
	if(pid == 0)
	{
	//子进程
	lseek (fd,half,SEEK_SET);
	int fd2 = open("./6.txt",O_CREAT|O_TRUNC|O_WRONLY);
	char *buff = malloc(sizeof(char)*(len-half));
	int res = read(fd2,buff,len-half);
	close(fd2);
	}
	close(fd);

	return 0;
}