Linux进程控制
进程控制
进程是管理事务的基本单元
进程拥有自己独立的处理环境（如：环境变量，程序运行的目录，哪个用户在运行此程序等）和系统资源（如：处理器 CPU 占用率、存储器、I/O设备、数据、程序）。
进程控制块PCB
Linux内核的进程控制块是task_struct结构体
位于： /usr/src/linux-headers-xxx/include/linux/sched.h
PSB代码很长，以下是部分信息。
- 进程id：系统中每个进程有唯一的id，在C语言中用pid_t类型表示，其实就是一个非负整数。
- 进程的状态：有就绪、运行、挂起、停止等状态。
- 进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
- 描述虚拟地址空间的信息。
- 描述控制终端的信息。
- 当前工作目录（Current Working Directory）。
- umask掩码。
- 文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针。
- 和信号相关的信息。
- 用户id和组id。
- 会话（Session）和进程组。
- 进程可以使用的资源上限（Resource Limit）。
进程状态
在三态模型中，进程状态分为三个基本状态，即运行态，就绪态，阻塞态。
在五态模型中，进程分为新建态、终止态，运行态，就绪态，阻塞态。
①TASK_RUNNING：进程正在被CPU执行。当一个进程刚被创建时会处于TASK_RUNNABLE，表示己经准备就绪，正等待被调度。
②TASK_INTERRUPTIBLE（可中断）：进程正在睡眠（也就是说它被阻塞）等待某些条件的达成。一旦这些条件达成，内核就会把进程状态设置为运行。处于此状态的进程也会因为接收到信号而提前被唤醒，比如给一个TASK_INTERRUPTIBLE状态的进程发送SIGKILL信号，这个进程将先被唤醒（进入TASK_RUNNABLE状态），然后再响应SIGKILL信号而退出（变为TASK_ZOMBIE状态），并不会从TASK_INTERRUPTIBLE状态直接退出。
③TASK_UNINTERRUPTIBLE（不可中断）：处于等待中的进程，待资源满足时被唤醒，但不可以由其它进程通过信号或中断唤醒。由于不接受外来的任何信号，因此无法用kill杀掉这些处于该状态的进程。而TASK_UNINTERRUPTIBLE状态存在的意义就在于，内核的某些处理流程是不能被打断的。如果响应异步信号，程序的执行流程中就会被插入一段用于处理异步信号的流程，于是原有的流程就被中断了，这可能使某些设备陷入不可控的状态。处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态一般总是非常短暂的，通过ps命令基本上不可能捕捉到。
④TASK_ZOMBIE（僵死）：表示进程已经结束了，但是其父进程还没有调用wait4或waitpid()来释放进程描述符。为了父进程能够获知它的消息，子进程的进程描述符仍然被保留着。一旦父进程调用了wait4()，进程描述符就会被释放。
⑤TASK_STOPPED（停止）：进程停止执行。当进程接收到SIGSTOP，SIGTSTP，SIGTTIN，SIGTTOU等信号的时候。此外，在调试期间接收到任何信号，都会使进程进入这种状态。当接收到SIGCONT信号，会重新回到TASK_RUNNABLE。
stat中参数含义：
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| D | 不可中断 Uninterruptible（usually IO） |
| R | 正在运行，或在队列中的进程 |
| S(大写) | 处于休眠状态 |
| T | 停止或被追踪 |
| Z | 僵尸进程 |
| W | 进入内存交换（从内核2.6开始无效） |
| X | 死掉的进程 |
| < | 高优先级 |
| N | 低优先级 |
| s | 包含子进程 |
| + | 位于前台的进程组 |
进程信息查看
ps
常用组合：
ps aux
ps ef
ps -a
看进程的详细状况，常用选项(选项前可以不加“-”)
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| -a | 显示终端上的所有进程，包括其他用户的进程 |
| -u | 显示进程的详细状态 |
| -x | 显示没有控制终端的进程 |
| -w | 显示加宽，以便显示更多的信息 |
| -r | 只显示正在运行的进程 |
| -j | 列出与作业控制相关的信息 |
top
top命令用来动态显示运行中的进程。
使用top命令时加上-d 来指定显示信息更新的时间间隔
| 按键 | 含义 |
|---|---|
| M | 根据内存使用量来排序 |
| P | 根据CPU占有率来排序 |
| T | 根据进程运行时间的长短来排序 |
| U | 可以根据后面输入的用户名来筛选进程 |
| K | 可以根据后面输入的PID来杀死进程。 |
| q | 退出 |
| h | 获得帮助 |
杀死进程
kill
指定进程ID
kill [-signal] pid
信号值（signal）从0到15，其中9为绝对终止
killall
指定进程名字
killall [-signal] pname
进程号&查询进程号的函数
进程号（PID）：非负整型数
父进程号（PPID）：
进程组号（PGID）：进程组可以接收同一终端的各种信号，默认的情况下，当前的进程号会当做当前的进程组号
getpid()
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);
功能：
获取本进程号（PID）
参数：
无
返回值：
本进程号
getppid()
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getppid(void);
功能：
获取调用此函数的进程的父进程号（PPID）
参数：
无
返回值：
调用此函数的进程的父进程号（PPID）
getpgid()
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpgid(pid_t pid);
功能：
获取进程组号（PGID）
参数：
pid：进程号
返回值：
参数为 0 时返回当前进程组号，否则返回参数指定的进程的进程组号
进程创建
fork()
调用一次但返回两次，子进程中返回0值而父进程中返回子进程ID
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
功能：
用于从一个已存在的进程中创建一个新进程，新进程称为子进程，原进程称为父进程。
参数：
无
返回值：
成功：子进程中返回 0，父进程中返回子进程 ID。pid_t，为整型。
失败：返回-1。
失败的两个主要原因是：
1）当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时 errno 的值被设置为 EAGAIN。
2）系统内存不足，这时 errno 的值被设置为 ENOMEM。
fork后子进程和父进程信息区别
父子进程各自的地址空间是独立的
Linux 的 fork() 使用是通过写时拷贝 (copy- on-write) 实现。内核此时并不复制整个进程的地址空间，而是让父子进程共享同一个地址空间。只用在需要写入的时候才会复制地址空间，从而使各个进行拥有各自的地址空间。也就是说，资源的复制是在需要写入的时候才会进行，在此之前，只有以只读方式共享。
注意：fork之后父子进程共享文件，fork产生的子进程与父进程相同的文件文件描述符指向相同的文件表，引用计数增加，共享文件文件偏移指针。
使用 fork() 函数得到的子进程是父进程的一个复制品，它从父进程处继承了整个进程的地址空间：包括进程上下文（进程执行活动全过程的静态描述）、进程堆栈、打开的文件描述符、信号控制设定、进程优先级、进程组号等。
子进程所独有的只有它的进程号，计时器等（只有小量信息）
fork扩展
循环执行n次，产出2n-1即(1+2+4+……+2n-1)个子进程，打印2*(1+2+4+……+2n)次
for(i=0;i<n;i++){
pid_t fpid=fork();
if(fpid==0)
printf("%d child %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
else
printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
}
进程退出
本进程退出
exit() 和 exit() 函数功能和用法是一样的、exit()属于标准库函数，exit()属于系统调用函数
exit() & _exit()
#include <stdlib.h>
void exit(int status);
#include <unistd.h>
void _exit(int status);
功能：
结束调用此函数的进程。
参数：
status：返回给父进程的参数（低 8 位有效），至于这个参数是多少根据需要来填写。
返回值：
无
等待子进程退出
在每个进程退出的时候，内核释放该进程所有的资源、包括打开的文件、占用的内存等。但是仍然为其保留一定的信息，这些信息主要主要指进程控制块PCB的信息（包括进程号、退出状态、运行时间等）。
父进程可以通过调用wait或waitpid得到它的退出状态同时彻底清除掉这个进程。
wait() 和 waitpid() 函数的功能一样，区别：wait() 函数会阻塞，waitpid() 可以设置不阻塞，waitpid() 还可以指定等待哪个子进程结束。
注意：一次wait或waitpid调用只能清理一个子进程
wait()
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
功能：
等待任意一个子进程结束，如果任意一个子进程结束了，此函数会回收该子进程的资源。
参数：
status : 进程退出时的状态信息。
返回值：
成功：已经结束子进程的进程号
失败： -1
调用 wait() 函数的进程会挂起（阻塞），直到它的一个子进程退出或收到一个不能被忽视的信号时才被唤醒（相当于继续往下执行）。若调用进程没有子进程或子进程已经结束，该函数立即返回；
status退出信息在一个 int 中包含了多个字段，直接使用无意义的，要用宏函数取出其中的每个字段。
解析status字段宏函数
WIFEXITED(status)
为非0 → 进程正常结束
WEXITSTATUS(status)
如上宏为真，使用此宏 → 获取进程退出状态 (exit的参数)WIFSIGNALED(status)
为非0 → 进程异常终止
WTERMSIG(status)
如上宏为真，使用此宏 → 取得使进程终止的那个信号的编号。WIFSTOPPED(status)
为非0 → 进程处于暂停状态
WSTOPSIG(status)
如上宏为真，使用此宏 → 取得使进程暂停的那个信号的编号。
WIFCONTINUED(status)
为真 → 进程暂停后已经继续运行
waitpid()
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能：
等待子进程终止，如果子进程终止了，此函数会回收子进程的资源。
参数：
pid : 参数 pid 的值有以下几种类型：
pid > 0 等待进程 ID 等于 pid 的子进程。
pid = 0 等待同一个进程组中的任何子进程，如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid 不会等待它。
pid = -1 等待任一子进程，此时 waitpid 和 wait 作用一样。
pid < -1 等待指定进程组中的任何子进程，这个进程组的 ID 等于 pid 的绝对值。
status : 进程退出时的状态信息。和 wait() 用法一样。
options : options 提供了一些额外的选项来控制 waitpid()。
0：同 wait()，阻塞父进程，等待子进程退出。
WNOHANG：没有任何已经结束的子进程，则立即返回。
WUNTRACED：如果子进程暂停了则此函数马上返回，并且不予以理会子进程的结束状态。（由于涉及到一些跟踪调试方面的知识，加之极少用到）
返回值：
waitpid() 的返回值比 wait() 稍微复杂一些，一共有 3 种情况：
1) 当正常返回的时候，waitpid() 返回收集到的已经回收子进程的进程号；
2) 如果设置了选项 WNOHANG，而调用中 waitpid() 发现没有已退出的子进程可等待，则返回 0；
3) 如果调用中出错，则返回-1，这时 errno 会被设置成相应的值以指示错误所在，如：当 pid 所对应的子进程不存在，或此进程存在，但不是调用进程的子进程，waitpid() 就会出错返回，这时 errno 被设置为 ECHILD；
进程替换
exec 函数族
#include <unistd.h>
extern char **environ;
int execl(const char *path, const char *arg, .../* (char *) NULL */);
int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);
int execle(const char *path, const char *arg, .../*, (char *) NULL, char * const envp[] */);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);
int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);
execve() 才是系统调用，其它是在此基础上包装的库函数
exec 函数族的作用是在调用进程内部执行一个可执行文件。该进程完全由新程序替换，不创建新进程，仅替换当前进程的正文、数据、堆和栈段（进程替换）
exec 函数族中的函数执行成功后不会返回，所以exec 函数族下面的代码执行不到。只有调用失败了，才会返回 -1，失败后从原程序的调用点接着往下执行。
exec函数族使用说明
| l(list) | 参数地址列表，以空指针结尾 |
|---|---|
| v(vector) | 存有各参数地址的指针数组的地址 |
| p(path) | 按 PATH 环境变量指定的目录搜索可执行文件 |
| e(environment) | 存有环境变量字符串地址的指针数组的地址 |
僵尸进程
进程终止，父进程尚未回收，子进程残留资源（PCB）存放于内核中，变成僵尸（Zombie）进程。无人回收其进程号就会一直被占用，但系统能使用的进程号有限。应避免。
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