IO进程 day04

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9. 进程

9.1. 进程和程序的区别

程序：
1. 编译好的可执行的二进制文件
2. 存放在磁盘上，指令和数据的有序集合(文件)
3. 静态的，没有任何执行的概念

进程：
1. 独立的可调度的任务
2. 执行一个程序所分配的资源的总称
3. 进程是程序一次完整执行过程
4. 进程是动态的，包括创建，调度，执行，消亡
5. 进程活动在内存上，断电会丢失

9.2. 进程的特点

1. CPU调度进程时会给进程分配时间片（几毫秒~十几毫秒），当进程的时间片用完后，CPU随机调度进程，也可能重复调度同进程，实现进程的轮转，从而实现多任务的操作

1. 什么是时间片？
2. CPU是怎么调度进程的
3. 时间片了解吗

2. 系统会为每一个进程分配0-4g的虚拟空间，其中0-3g是每个进程独有的，3-4g是所有进程共有的
   

9.3. 进程的分段（Linux）

1. 正文段：代码段，用于存放被执行的机器指令（通常是只读的）
2. 用户数据段：存放进程在执行时直接进行操作的所有数据，包括进程使用的全部变量在内。
3. 系统数据段：有效地存放程序运行的环境，包括进程的控制信息等。

9.4. 进程的类型

1. 交互进程，由shell控制和运行的。交互进程可以在前台运行，也可以在后台运行。该类进程经常与用户进行交互，需要等待用户的输入，当接收到用户的输入后，该类进程会立即响应。例如：shell命令进程，文本编辑器。
2. 批处理进程，该类进程不属于某个终端，被提交到一个队列中顺序执行，例如：数据备份。
3. 守护进程，该类进程在后台运行，一般在Linux启动时开始执行，系统关闭时才会结束

9.5. 进程的运行状态

1. 运行态（R）:此时正在运行或者准备运行的进程。
2. 睡眠态（等待态）：
 可中断的睡眠态（S）：处于等待状态中的进程，一旦被该进程等待的资源被释放，那么该进程就会进入运行状态。
 不可中断的睡眠态（D）：该状态的进程只能用wake_up()函数唤醒。
3. 暂停态（T）：进程被暂停或者终止
4. 死亡态（X）：进程结束
5. 僵尸态（Z）：当进程已经终止运行，但还占用系统资源，要避免僵尸态的产生

9.6. 进程的状态转换图

9.7. 进程函数

fork

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

 功能：创建一个进程
 参数：无
 返回值：
  成功之后父进程中会返回进程PID，子进程中返回0
  失败后父进程会返回-1，更新errno

fork创建子进程的特点

1. fork创建一个子进程，父进程返回子进程的PID，子进程中返回0。
2. fork创建的子进程几乎拷贝了父进程的所有内容，fork之前的代码被复制但不被执行，fork之后的代码复制并执行
3. fork 创建进程一旦成功，进程之间空间相互独立，各自分配0-4g的虚拟内存空间
4. fork创建进程之前打开的文件可以通过复制拿到同一个文件描述符，父子进程可以操作同一个文件（同一个文件指针）
5. 如果父进程退出，子进程没有退出，子进程会变成孤儿进程，被init进程收养，然后孤儿进程变成后台进程
 init进程：系统初始化进程，系统启动先创建0号进程，由0号进程创建1号进程，即init进程，0号进程创建完成后，进程退出
 僵尸进程：子进程退出，父进程没有及时对子进程的资源进行回收，子进程变成僵尸进程。避免僵尸进程的产生。

fork与vfork

1. fork()：子进程拷贝父进程的数据段，代码段
    vfork()：子进程与父进程共享数据段
2. fork()：父子金策划功能执行次序不确定
    vfork()：保证子进程先运行，在调用exec()或exit()之前，与父进程数据共享，在exec()或exit()调用之后，父进程才能运行。
3. fork: 更通用，适用于需要创建一个完全独立的子进程的场景，vfork: 更适用于子进程立即执行 exec() 覆盖其自身的场景，因为它避免了不必要的地址空间复制，提高了性能。

回收进程资源

wait

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *wstatus);

 功能：回收子进程（阻塞）
 参数：子进程退出状态，一般为NULL
 返回值：
  成功：回收的子进程的进程号
  失败：返回-1
waitpid

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

 功能：回收子进程资源
 参数：
  pid：
   >0 指定子进程进程号
   =-1 任意子进程
   =0 等待其组ID等于调用进程的组ID的任一子进程
   <-1 等待其组ID等于pid的绝对值的任一子进程
  status：子进程退出状态
   options：
   0：阻塞
   WNOHANG：非阻塞
 返回值：
  正常：结束的子进程的进程号
  当使用选项WNOHANG且没有子进程结束时：0
  出错：-1

退出进程

exit

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

 功能：结束进程，刷新缓存
 参数：int status：退出的状态
 返回值：空

_exit

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

 功能：结束进程，不能刷新缓存区
 参数：int status：可以利用这个参数传递进程结束时的状态。
  通常0表示正常结束；
  其他的数值表示出现了错误，进程非正常结束

exit和_exit两者区别

	exit(0);	_exit(0);
缓存	刷新缓存区	不会刷新缓存区
结束进程	关闭所有的打开的文件指针	立即终止进程

exit和return的区别
exit：结束进程
return：结束函数
exit是函数，return是关键字

获取进程号

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);	// 获取当前进程的进程号
pid_t getppid(void);	// 获取当前进程的父进程的进程号

9.8. exec 函数族

作用：在当前进程中执行一个新的进程
头文件

#include <unistd.h>

函数

 int execl(const char *path, const char *arg, ...

 使用可执行文件的绝对路径或相对路径 path 来替换当前进程的映像。参数通过变长参数列表传递，必须以 NULL 结尾。

int execlp(const char *file, const char *arg, ...

类似 execl，但 file 只需要是可执行文件的名称，函数会根据环境变量 PATH 查找可执行文件的路径。

int execle(const char *path, const char *arg, ...

与 execl 类似，但允许传递一个自定义的环境变量列表 envp。这个环境会代替当前进程的环境变量。

int execv(const char *path, char *const argv[]);

使用路径 path 和参数数组 argv[] 替换当前进程。argv[0] 是程序名，argv[] 数组必须以 NULL 结束。

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

类似 execv，但会根据 PATH 环境变量查找可执行文件。

int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

与 execvp 类似，但允许使用自定义的环境变量 envp。

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