LINUX编程学习笔记(十四) 创建进程与父子进程内存空间

最新推荐文章于 2024-12-31 11:39:41 发布

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文章标签：操作系统运维

本文介绍进程的概念、状态、创建方法及父子进程间的内存管理。详细解释了如何通过system、popen、exec系列函数和fork创建进程，并探讨了父子进程间的信号处理及进程回收。

1什么是进程：进程是一个执行中的程序

执行的程序：代码->资源->CPU
进程有很多数据维护：进程状态/进程属性
所有进程属性采用的一个树形结构体维护

ps -a//所有进程
ps -aue //有效进程

进程状态：(man ps)
D Uninterruptible sleep (usually IO)
R Running or runnable (on run queue)
S Interruptible sleep (waiting for an event to complete)
T Stopped, either by a job control signal or because it is being traced.
W paging (not valid since the 2.6.xx kernel)
X dead (should never be seen)
Z Defunct ("zombie") process, terminated but not reaped by its parent.
For BSD formats and when the stat keyword is used, additional characters may be
displayed:
< high-priority (not nice to other users)
N low-priority (nice to other users)
L has pages locked into memory (for real-time and custom IO)
s is a session leader
l is multi-threaded (using CLONE_THREAD, like NPTL pthreads do) 多进程
+ is in the foreground process group 前台进程

top 实时查看进程
pstree 查看进程树
kill 向进程发送信号 kill -s 信号进程ID
kill -l //查看所有信号
kill -s 9 224 //关闭224进程

2 创建进程

1 进程有关的创建函数

1.1 system

int system(const char*filename);
建立一个独立的进程，拥有独立的代码空间
等待新的进程执行完毕，system才返回（阻塞）

使用system调用函数（观察进程ID 观察阻塞）
新进程的返回值和system返回值有关系
1任何进程的返回值不要超过255
2 system中进程的返回值存放在system返回值的8-15位
可以通过printf("%d\n",r>>8 ); 这样来获得返回值
3 linux中有专用的获得返回状态的宏
WEXITSTATUS(status) //#include<wait.h> #include <sys/wait.h>

sys.c

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


		int main()
		{
			printf("%d\n",getpid());
			sleep(2);
			return 254;
		}


		sys2.c
		#include <stdio.h>
		#include <unistd.h>
		#include <wait.h>
		#include <sys/types.h>
		int main()
		{
			int r;
			printf("%d\n",getpid());
			r = system("./sleep");
			//printf("%d\n",r>>8 );
			printf("%d\n",WEXITSTATUS(r));
			
		}

gcc sys.c -o sleep
gcc sys2.c
./a.out

1.2 popen:创建子进程

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

int pclose(FILE *stream);

案例：使用popen调用ls -l 并且建立一个管道读取输出

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




int main()
{
	FILE *fp = popen("cat file","r"); //注意这里是读取输出，不是打开文件 不能直接写文件名
	//FILE *fp = popen("ls -l","r");
	if(!fp)
	{
		perror("popen");
		return 1;
	}
	
	int fd = fileno(fp);
	int r;
	char buf[1024] = {0};
	while((r=read(fd,buf,1023)) > 0)
	{
		buf[r] = 0;
		printf("%s",buf);
	}
	pclose(fp);
	
}

1.3 exec系列函数

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[]);

作用：替换当前代码空间中的数据
函数本身不创建新的进程
第一个参数：替换的程序
第二个参数: 命令行
命令行格式：命令名选项参数 NULL
命令行结尾必须是空字符串

execl execlp的区别：
execl 只在当前路径搜索
execlp 可以使用系统搜索路径（which能找到）
如果都找不到，可以使用绝对路径

命令锁指向的程序命令本身参数列表
如果返回-1 失败

#include <stdio.h>


int main()
{
	int r = execl("/bin/ls","ls","-l",0); // 只能调用当前路径
//	int r = execlp("ls","ls","-l",0);// 能调用系统路径  
	printf("调用结束%d\n",r);
	return 0;
}

1.4 fork

pid_t fork()

1 创建进程
2 新进程的代码是什么：克隆父进程的挨骂
而且克隆来执行的位置
3 在子进程中不调用fork 所有返回值=0
4 父子进程同时执行

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
	printf("创建进程前\n");
	int pid = fork(); //父进程执行的
	while(1)
{
	if(pid == 0)
	{
		printf("子进程 %d\n",getpid());
	}
	else
	{
		printf("父进程 %d\n",getpid());
	}	
}	
}

3 应用进程

使用fork实现多任务（unix本身是不支持线程的）
1 进程
2 线程
3 信号
4 异步
5 进程池与线程池

4 理解进程

1父子进程的关系
独立的两个进程
互为父子关系
使用pstree看到
├─gnome-terminal─┬─bash───a.out───a.out //父子关系
│ ├─bash───pstree
│ ├─gnome-pty-helpe
│ └─2*[{gnome-terminal}]

2 问题：
1如果父进程先结束子进程在么办
子进程将变成孤儿进程，直接依托根进程（init）
孤儿进程是没有危害的

init─┬─NetworkManager─┬─dhclient
│ └─{NetworkManager}
├─a.out

2 如果子进程先结束父进程怎么办
子进程先结束，子进程会成为僵尸进程。
僵尸进程的特点：不占用内存 cpu，但在进程任务管理树上占用一个节点（宝贵）
实际上僵尸进程会造成进程名额的资源浪费。一定要处理僵尸进程
├─gnome-terminal─┬─bash───pstree
│ ├─bash───a.out───a.out

3 僵尸进程使用wait回收(阻塞函数)
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
wait 阻塞直到任意进程结束，status来接收进程返回值，返回值表示返回的进程号
waitpid 阻塞直到指定进程结束

WEXITSTATUS(status) 解析返回值 status的 8-15位是进程的返回值

4 父进程怎么知道子进程退出？
子进程结束时，通常会向父进程发送一个SIGCHLD信号

5父进程处理子进程的信号
#include <signal.h>
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
signal 的功能：
向系统注册，只要接收到信号signal，系统停止进程，执行handler函数，
当函数执行完毕，继续原来的进程 (软中断)
5.1实现处理函数
5.2 使用signal绑定信号与函数

只有当子进程退出时才用wait，因为wait是一个阻塞函数。所以wait和signal一起用。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
void deal(int s)
{
	printf("回收中\n");
	sleep(5);
	int status;	
	wait(&status);
	printf("回收完毕%d\n",WEXITSTATUS(status));
}


int main()
{
	printf("创建进程前\n");
	int pid = fork(); //父进程执行的
	if(pid == 0)
	{
		printf("子进程 %d\n",getpid());
		sleep(5);
		return 88;
	}
	else
	{
		
		printf("父进程 %d\n",getpid());
		signal(SIGCHLD,deal);
		while(1)
		{
			sleep(1);
			printf("parent\n");
		}
		return 0;
	}	
}

zhao@ubuntu:~/unix/5$ ./a.out
创建进程前
父进程 2324
子进程 2325
parent
parent
parent
parent
回收中
回收完毕88
parent
parent
parent
^C

6 父子进程的内存空间

6.1全局变量局部变量堆变量都会被子进程拷贝，但与原先的独立。

注意堆内存被复制了，需要分别在各个进程中手动释放。

子进程克隆了父进程的全局区和局部区内存，但内存区域指向不同的物理空间。
尽管克隆但内存独立，不能相互访问。
进程间通信（IPC）是大问题。

6.2 内存映射与子进程：

内存映射的属性，决定子进程和父进程是否映射在同一物理空间。
MAP_SHARED: 映射到同一物理空间。（改一个进程中的，其他进程的也变化）
MAP_PRIVATE:映射到不同的物理空间。

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


int main()
{
	int *a = mmap(0,4,PROT_READ|PROT_WRITE,
		      MAP_ANONYMOUS|MAP_SHARED,0,0);
	*a = 20;
	int pid = fork(); //父进程执行的
	if(pid == 0)
	{
		*a= 90;
		printf("parent :a=%d\n",*a);//90
	}
	else
	{
		sleep(3);
		printf("child :a=%d\n",*a);//90
	}	
	
}

因为使用的是MAP_SHARED ,所以射到了同一物理空间, 改动会影响其它的.

若使用MAP_PRIVATE 就可以映射到不同物理空间.

6.3 文件描述符的拷贝

每个进程都维护一个文件描述符列表。
父子进程间，拷贝了文件描述符，相同文件描述符指向的是同一个文件内核对象。
1 各个进程的文件描述符都需要close。
2 对文件的读写会改变文件对象的读写指针位置，对所有进程都有影响。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <fcntl.h>


int main()
{
	int fd = open("test.txt",O_RDWR);
	int pid = fork(); //父进程执行的
	if(pid == 0)
	{
		printf("parent:\n");
		char buf[1024] ={0};
		lseek(fd,0,SEEK_SET);
		read(fd,buf,1023);
		printf("%s\n",buf);
		close(fd);
	}
	else
	{
		printf("child:\n");
		char buf[1024] ={0};
		lseek(fd,0,SEEK_SET);
		read(fd,buf,1023);
		printf("%s\n",buf);
		close(fd);
	}	
	
}

进程的数据交换，基于两种方式：
内存：有序/无序：mmap
文件：有序/无序：普通文件
基于内核对象：文件/内存/队列