Linux进程管理

介绍进程前，我们先来理解一下Linux的虚拟内存

虚拟内存（32位）

一、程序

• 程序是存放在磁盘文件中的可执行文件，未执行。

二、进程

• 程序被执行，运行时被称为进程，代码运行时，所需要的资源会分配到对应的虚拟内存空间中
• 进程默认最大可占用空间为4G，但是并不会给进程分配4G的空间，会根据所占用实际的大小，用多少给多少。
• 每个linux进程都一定有一个唯一的数字标识符，称为进程ID。

（一）进程的状态

• 运行状态R
• 可中断睡眠状态S
• 不可中断睡眠状态D
• 暂停状态T
• 僵死状态Z
• 退出状态X
  

（二）创建进程

• 头文件
  #include <sys/types.h>
  #include <unistd.h>
• 函数
  pid_t fork(void);
  该函数一次调用，两次返回
  返回值：子进程中返回值为0，父进程中返回值为子进程ID，出错返回-1
• 注意
  该函数读时共享，写时复制，那么怎么理解这句话？
  当fork()调用时，会将完全代码拷贝一份，但是PID不会拷贝，可通过区分PID来识别父子进程，但是并不会真正直接复制，只有当子进程中有变量更改时，才会复制代码，以达到节省空间的目的。
• fork创建之后，父进程先执行还是子进程先执行是不确定的。这取决于内核所使用的调度算法

（三）僵进程

• 当子进程结束时，父进程还存在，会遗留PCB在内核中，不做事，占用系统资源。

• 那么如何回收僵进程？
  可通过wait/waitpid函数回收僵进程

• 那么为什么会出现僵进程？
  为父进程提供手段，知道子进程是怎么终止的，如果是异常终止则保存着导致该进程终止的信号是哪个。这个进程的父进程可以调用wait或waitpid获取这些信息

  wait/waitpid

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

  函数原型
  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，出错则返回-1。
  父进程调用 wait或waitpid时可能会有几种情况：

  • 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）。

  wait/waitpid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。

（四）孤儿进程

• 父进程结束，子进程存在时称作孤儿进程，此时PID为1的Init进程（孤儿所）会收留这个孤儿进程，并由init进程对它们完成状态收集工作。
  

（五）进程原语

• fork
• exec族
• wait/waitpid

前面已经介绍了其中的两种接下来介绍exec族，那么什么是exec族？有什么作用？

• 用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序（可能会不同），这时子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，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。
• 调用exec并不创建新进程，所以调用exec前后该进程的id并未改变。

举一个例子

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


int main(void)
{
	printf("Hello World\n");

	execl("/bin/ls","ls","-l",NULL);

	printf("Hello Man\n");

	return 0;
}

运行结果

正常情况程序一个是打印完hello world 任何再打印hello man再退出，但是该程序执行完hello world后并没有执行hello man，这是因为执行了execl函数，该函数直接将接下来的代码变成执行‘ls -l’的Linux指令，然后结束程序

• exec族的函数原型如下，功能基本一样，传递的参数不同

#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[]);

*调用的实例

char *const ps_argv[] ={"ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL};
char *const ps_envp[] ={"PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL};
execl("/bin/ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);
execv("/bin/ps", ps_argv);
execle("/bin/ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL, ps_envp);
execve("/bin/ps", ps_argv, ps_envp);
execlp("ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);
execvp("ps", ps_argv);

其中NULL为哨兵，标志着参数结尾

注意

• 通常fork会与exec族搭配使用