Linux开发--进程

经典五问：

1.什么是程序？什么是进程？

从是否运行进行判断: 
gcc xxx -o pro，磁盘中生成的pro文件，就是程序
进程是程序一次运行活动

程序是静态的概念，进程是动态的概念。

2.如何查看系统中的进程:

在linux中

a.使用ps(-aux) 命令查看，使用 grep命令过滤
例如: ps -aux | grep init

b. top 指令，类似window的任务管理器

3.什么是进程标识符:

每一个进程 都有一个非负整数 表示唯一ID，叫 pid
pid=0，称为交换进程(swapper)，作用--进程调度
pid=1,init进程，作用 -- 系统初始化

调用getpid() 函数获取自身的进程id

getppid() -- 获取父进程id

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

int main()
{
 pid_t pid;
 pid = getpid();
 printf("pid == %d\n",pid);
 while(1);
    return 0;
}

4. 什么叫父进程？什么叫子进程？

if 进程A创建了进程B，那么A是B 的父进程，B是A的子进程。

5.C程序存储空间是如何分配？

高地址 ------------------------> 低地址

命令行参数和环境变量-----> 栈(函数里的形参  和 局部变量) -------> 堆(malloc等动态内存函数申请的内存空间) ------------>未初始化的数据(BSS段 int a;) -------->初始化的数据（数据段 int b=10;）----->正文(代码段)

int a = 0; //全局初始化区 
char *p1; //全局未初始化区 
void main() 
{
    int b; //栈 
    char s[] = “abc“;//栈 
    char *p2; //栈 
    char *p3 = “123456“; //123456\0在常量区，p3在栈上；体会与 char s[]="abc"; 的不同
    static int c =0； //全局初始化区 
    p2 = (char *)malloc(20); //堆区
    strcpy(p1, “123456“); //123456\0在常量区，编译器可能将它与p3指向的 “123456 “优化成一块
}

参考自：什么变量存放在栈和堆_什么样的数据进堆 什么样的数据进栈-优快云博客

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fork函数

进程函数 fork 使用:

头文件:
       #include <sys/types.h>
       #include <unistd.h>
函数原型:
       pid_t fork(void);
返回值:
 调用成功，调用一次，返回两次：  
0--代表当前进程是子进程
非负数 -- 代表是父进程

调用失败，放回-1

--------------------------------------

fork_case:

case1 : 证明fork() 之后的语句，父子进程都会执行，fork之前的语句只有父进程执行

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

int main()
{
 pid_t pid1;
 pid_t pid2;
 pid1 = getpid();
 printf("Before fork,pid=%d\n",pid1);
 fork(); //创建一个进程
 pid2 = getpid();
 printf("After fork,pid=%d\n",pid2);
 if(pid1 == getpid()){
 printf("This is father print. fatherPid=%d\n",pid1);
 }
 else {
 printf("This is child print. childPid=%d\n",pid2);
 }

    return 0;
}

--------------------------------

case2:验证: fork 返回值，fork调用一次，返回两次，>0 父进程， ==0子进程

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

int main()
{
pid_t pid;
pid=getpid();
printf("father pid =%d\n",pid);
pid=fork();
if(pid>0){//父进程
printf("This is father print,pid=%d\n",getpid());

}
else if(pid == 0){ //子进程
printf("This is child print,pid=%d\n",getpid());

}

    return 0;
}

----------------------------

case3:  探索fork 父进程返回大于0的数有什么意义

等于子进程Pid号，子进程返回值就是0

//why给返回0的；理由:pid=0被交换进程所占用，不可能作为他的pid

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

int main()
{
pid_t pid;
pid_t pid2;
pid_t retpid;
pid=getpid();
printf("father pid =%d\n",pid);
retpid=fork();
pid2=getpid();
if(pid==pid2){//父进程
printf("This is father print,retpid=%d,  pid=%d\n",retpid,pid2);

}
else { //子进程
printf("This is child print,retpid=%d,  pid=%d\n",retpid,pid2);

}

    return 0;
}

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fork创建进程发生了什么？

 进程早期设计的时候把，全拷贝--内存-空间所有内容都进行了拷贝
后面写时拷贝(不变的内容放在共享空间，不拷贝)只对copy on write- COW- 子进程 修改的内存进行单独拷贝

执行 fork 以后: fork之后的代码会被直接拷贝下来，给父子进程调度使用，
父子进程的变量独立，子进程改变自己的变量，父进程不受影响(因为子进程实际拷贝了一份单独的内存空间，和父进程独立)

case:父子进程内存空间独立

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

int main()
{
pid_t pid;
pid_t pid2;
int a=88;
pid=getpid();
printf("father pid =%d\n",pid);
fork();
pid2=getpid();
if(pid==pid2){//父进程
printf("This is father print,  pid=%d\n",pid2);

}
else { //子进程
printf("This is child print, pid=%d\n",pid2);
a+=12;
}
printf("a=%d\n",a);

    return 0;
}

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fork 创建子进程的目的:

1)父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段。 -- 常见于网络服务

2)一个进程要执行一个不同的程序。这在shell中常见，这种情况下，子进程从fork返回后，立即调用exec()

case:模拟网络服务(1）

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

int main()
{
    pid_t pid;
    pid_t pid2;
    int data = 0;
    while (1)
    {
        printf("please input a data\n");
        scanf("%d", &data);
        if (data == 1)
        {
            pid = fork(); // 每次近来创建一个子进程

            if (pid > 0)
            { // 父进程
            }
            else
            { // 子进程
                while (1)
                {
                    printf("net request,pid=%d\n", getpid());
                    sleep(10);
                }
            }
        }

        else
        {
            puts("waitting,do noting");
        }
    }

    return 0;
}

 

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vfork()函数

vfork 和fork的区别:

1.vfork是直接使用父进程的存储空间，不拷贝
2.vfork保证子进程先运行，当子进程调用exit()后，父进程才执行

case 区别验证：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    pid_t pid;
    int cnt=0;
    pid = vfork();
    if (pid > 0)
    {
        while (1)
        {
            printf("cnt = %d\n",cnt);
            printf("this is father pid=%d\n", getpid());
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        while (1)
        {
            printf("this is child pid=%d\n", getpid());
            sleep(1);
            cnt++;
            if(cnt==5){
            exit(0);
            }
        }
    }

    return 0;
}

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进程退出:

正常退出:

1.Main 函数return
2.进行调用exit（），标准C库
3.进程调用_exit() 或者_Exit(),属于系统调用

补充:（一个进程包含多个线程，当最后一个线程结束的时候进程就退出了）
1.进程最后一个线程放回
2.最后一个线程调用 pthread_exit

异常退出:

1.调用 abort
2.当进程接收到接收信号，如 ctrl+c
3.最后一个线程对取消(cancellation)请求做出响应

//无论进程如何退出最后都会执行内核的同一段代码，这段代码为所有相关进程关闭所有打开描述符，释放他的所有存储器

子进程调用exit _exit _Exit 的时候父进程可以调用waitpid 查看子进程退出的状态

推荐
exit() 是对_exit() _Exit()的封装，先处理缓冲区，再退出

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等待子进程退出:wait()

收集退出状态：

why?
创建子进程目的:
子进程退出状态if不被收集会变成僵尸进程

通过ps可以发现他的状态Z+ --僵尸进程，父进程--S+运行中

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

       pid_t wait(int *wstatus);

       pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);

       int waitid(idtype_t idtype, id_t id, siginfo_t *infop, int options);

status参数:
是一个整形数值指针
非空： 子进程退出状态 放在他所指向的地址中
空: 不关心退出状态

检测wait和waitpid所放回终止状态的宏:

WEXITSTATUS(status); -- 正常退出
WIFSIGNALED(status) --异常退出
WIFSTOPPED(status) -- 暂停子进程的返回状态
WIFCONTINUED(status) -- 暂停好继续 的子进程放回的状态

wait下的父进程：
- 如果所有子进程都还在进行，则阻塞
-一个子进程已经终止，正等待父进程获取其终止状态，则该子进程终止状态立刻返回
-如果父进程没有终止子进程，则出错返回

wait 和 waitpid 区别:

wait使调用者阻塞，waitpid有一个选项，可以使得调用者不阻塞

当option = WBOHANG 的时候  不阻塞

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孤儿进程:

概念
父进程先于子进程退出，使得子进程变成孤儿进程

linux系统为了避免出现过多的孤儿进程，init进程来收留孤儿进程，init进程就是孤儿进程的父进程

验证程序：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    pid_t pid;
    int cnt=0;
    int status=10;
    pid = fork();
    if (pid > 0)
    {

            printf("this is father pid=%d\n", getpid());
      
    }
    else if(pid==0)
    {
        while (1)
        {
            printf("this is child pid=%d\t my father ppid=%d\n", getpid(),getppid());
            sleep(1);
            cnt++;
            if(cnt==3){
            exit(3);
            }
        }
    }

    return 0;
}

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exec族函数：

但一个进程跑到一半的时候，调用exec族函数去执行另一个程序.

exec函数族:
execl,execlp, execv,execvp   ,execle ,execvpe（e结尾不常用）

返回值:
exec成功不会放回，失败设置error并返回 -1，然后从原程序调用点往下执行

参数说明:
path：可执行文件路径
arg：可执行程序所带参数，第一个参数是程序名，没有带路径且arg必须以NULL结束
file: 如果参数中包含/，则视为路径，否则就按PATH环境变量，在他所在目录中搜寻可执行文件

perror -- 打印出错误信息；
perror(why);  why: 错误信息

execl例子:

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
printf("before execl\n");
if(execl("./echo","echo","abc",NULL)==-1){
puts("execl error!!!");
perror("why");
}
puts("after execl");
    return 0;
}

#include<stdio.h>

int main(int argc,char **argv)
{
int i;
for(i=0;i<argc;++i){
printf("argv[%d]=%s\n",i,argv[i]);

}
    return 0;
}

gcc echoarg.c -o echo

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execl("/bin/ls","ls","-l",NULL)  -- 第一个参数直接写绝对路径，调用系统的命令

execl("/bin/date","date",NULL)==-1) -- 获取系统时间

execlp -- p 通过系统环境变量找到指令，不用写绝对路径了
such as:  execlp("ps","ps",NULL,NULL)==-1)

v -- 使用指针char * [](字符串数组-二维数组)代替参数

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
printf("before execl\n");
char *argv[]={"ps",NULL,NULL};
if(execvp("ps",argv)==-1){
puts("execl error!!!");

}
puts("after execl");
    return 0;
}

exec 配合 fork使用:

case1： 实现功能，当父进程检测到输入为1 的时候，创建子进程吧配置文件的字段修改掉

=============
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
    pid_t pid;
    pid_t pid2;
    int data = 0;
    while (1)
    {
        printf("please input a data\n");
        scanf("%d", &data);
        if (data == 1)
        {
            pid = fork(); // 每次近来创建一个子进程

            if (pid == 0)
            { // 子进程
                int fdSrc;

                char *readBuf = NULL;
                fdSrc = open("./config.txt", O_RDWR);
                int size = lseek(fdSrc, 0, SEEK_END);
                lseek(fdSrc, 0, SEEK_SET);

                readBuf = (char *)malloc(sizeof(char) * (size + 8));
                int n_read = read(fdSrc, readBuf, size);
                char *p = strstr(readBuf, "LENG=");
                if (p == NULL)
                {
                    puts("not found");
                    exit(-1);
                }
                p = p + strlen("LENG=");
                *p = '5';
                lseek(fdSrc,0,SEEK_SET);

                write(fdSrc,readBuf,strlen(readBuf));
                close(fdSrc);

            }
        }

        else
        {
            puts("waitting,do noting");
        }
    }

    return 0;
}

----------------------
 

execl进行优化:

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

int main()
{
    pid_t pid;
    pid_t pid2;
    int data = 0;
    while (1)
    {
        printf("please input a data\n");
        scanf("%d", &data);
        if (data == 1)
        {
            pid = fork(); // 每次近来创建一个子进程
            if(pid>0){
                wait(NULL);//防止变成】僵尸进程
            }
            else if (pid == 0)
            { // 子进程
               execl("./changedata","changedata",NULL);
              
            }
        }

        else
        {
            puts("waitting,do noting");
        }
    }

    return 0;
}

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system进行优化:

       #include <stdlib.h>

       int system(const char *command);

system -- 封装后的exec

调用/bin/sh失败返回127 其他失败返回-1

与exec 的区别，执行完后还会回去执行原程序的代码
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一句system调用就可以执行之前的整个可执行文件

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

int main()
{
    system("./exf");// 前面生成的可执行文件直接调用即可
    return 0;
}

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popen

      #include <stdio.h>

       FILE *popen(const char *command, const char *type);

       int pclose(FILE *stream);

可以获取内存的输出结果:

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

int main()
{
    char ret[1024]={0};
    FILE *fp;
    fp=popen("ps","r");
      //size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream);
    int nread = fread(ret,1,1024,fp);
    printf("nread=%d\nret = %s\n",nread,ret);
    return 0;
}