linux系统编程-2、进程

已于 2022-08-21 16:21:30 修改
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分类专栏： linux系统应用 文章标签： linux
于 2022-08-21 16:21:18 首次发布
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前言：Linux系统编程的基础系列文章，随着不断学习会将一些知识点进行更新，前期主要是简单了解和学习。

文章目录

进程

进程运行状态

进程原语

fork

1、进程原语-fork

读时共享写时复制
只有进程空间的各段的内容要发生变化时（子进程或父进程进行写操作时，都会引起复制），才会将父进程的内容复制一份给子进程。

  • 在fork之后两个进程用的是相同的物理空间（内存区），子进程的代码段、数据段、堆栈都是指向父进程的物理空间，也就是说，两者的虚拟空间不同，但其对应的物理空间是同一个。

  • 即父子进程在逻辑上仍然是严格相互独立的两个进程，各自维护各自的参数，只是在物理上实现了读时共享，写时复制。

  • fork函数创建子进程后，内核只为新生成的子进程创建虚拟空间结构，它们来复制于父进程的虚拟空间结构，但是不为这些段分配物理内存，它们共享父进程的物理空间。

  • 直到父子进程中有更改相应段（用户空间中）的行为发生时，再为子进程相应的段分配物理空间。

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

int main(void) {
    pid_t pid;///< 调用一次返回两次，在父进程返回子进程的PID，在子进程返回0

    pid = fork();

    if (pid > 0) {
        printf("I am parent\n");
        while(1);
    }
    else if (pid ==0 ) {
        printf("I am child\n");
        while(1);
    }
    else {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
}

调用命令查看当前运行进程

ps aux

kudio     10073  100  0.0   4352   652 pts/19   R+   18:06   0:13 ./fork-test
kudio     10074  100  0.0   4352    76 pts/19   R+   18:06   0:13 ./fork-test

可以发现两个进程均处于运行态，并且PID号相邻

进程相关函数
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

pid_t getpid(void);///< 返回调用进程的 PID号
pid_t getppid(void);///< 返回调用进程父进程的 PID号

uid_t getuid(void);///< 返回实际用户 ID
uid_t getuid(void);///< 返回有效用户 ID

gid_t getgid(void);///< 返回实际用户组 ID
gid_t getgid(void);///< 返回有效用户组 ID

exec族

2、进程原语-exec
execl
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
    printf("hello\n");
    execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);///< 进程代码段已经被 ls覆盖，并且是从 ls退出的
    printf("world\n");

    return 0;
}

通过以下代码进行测试：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    int i = 0;
    while (i < argc) {
        printf("%s\n", argv[i++]);
    }
    return 2;
}

gcc -g -Wall exec-child.c -o exec-child

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

int main(void) {
    printf("hello\n");
    execl("./exec-child", "./exec-child", "zhouyi", "kudio",  NULL);
    printf("world\n");

    return 0;
}

gcc -g -Wall exec-test.c -o exec-test

运行 ./exec-test, 得到结果如下：

hello
./exec-child
zhouyi
kudio

通过以下命令查看退出值

echo $?

可发现退出值为 2

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

int main(void) {
    pid_t pid;

    pid = fork();
    if (pid == 0) {
        execl("/usr/bin/firefox", "firefox", "www.baidu.com", NULL);
    }
    else if (pid > 0) {
        while (1) {
            printf("I am parent.\n");
            sleep(1);
        }
    }
    else {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    return 0;
}
3、进程原语-exec-1

exec族区别

#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[]);

  • 带有字母l（表示list）的exec函数

    • 要求将新程序的每个命令行参数都当作一个参数传给它。
    • 命令行参数的个数是可变的，因此函数原型中有…，…中的最后一个可变参数应该是NULL，起sentinel的作用。

  • 带字母p（表示path）的exec函数

    • 第一个参数必须是程序的相对路径或绝对路径。

  • 对于以e（表示environment）结尾的exec函数

    • 可以把一份新的环境变量表传给它。

  • 对于带有字母v（表示vector）的函数

    • 应该先构造一个指向各参数的指针数组，然后将该数组的首地址当作参数传给它，数组中的最后一个指针也应该是NULL，就像main函数的argv参数或者环境变量表一样。

事实上，只有execve是真正的系统调用，其他五个函数都调用execv。

4、进程原语-exec族之间的关系

wait/waitpid

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

pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); 
```C

一个进程释放需要释放两部分
* 用户空间代码释放
* PCB需要父进程回收释放

```C{.line-numbers}
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main(void) {
    int n = 10;
    pid_t pid;///< 调用一次返回两次，在父进程返回子进程的PID，在子进程返回0

    pid = fork();

    if (pid > 0) {

        while (1) {
            printf("I am parent: %d.\n", n++);
            printf("my pid = %d, my parent pid = %d.\n", getpid(), getppid());
            sleep(2);
        }
    }
    else if (pid == 0 ) {
            printf("I am child: %d.\n", n++);
            printf("my pid = %d, my parent pid = %d.\n", getpid(), getppid());
            sleep(4);
            return 0;
        }
    }
    else {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
kudio      3424  0.0  0.0   4352   672 pts/2    S+   20:11   0:00 ./zombie-process
kudio      3425  0.0  0.0      0     0 pts/2    Z+   20:11   0:00 [zombie-process] <defunct>

可以发现父进程处于S+(Sleep)睡眠状态，而子进程处于Z+(Zombie)僵尸状态

  • return 0 的时候只是释放了用户空间代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main(void) {
    pid_t pid, pid_child;
    pid = fork();

    if (pid > 0) {
        while (1) {
            printf("I am parent, my id is %d.\n", getpid());
            pid_child = wait(NULL);///< 回收僵尸子进程的 PCB
            printf("wait for child %d\n", pid_child);        
            sleep(2);
        }
    }
    else if (pid == 0 ) {
            printf("I am child, my id is %d.\n", getpid());
            sleep(4);
            return 0;
    }
    else {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    return 0;
}

通过 ps aux进行查看

USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
kudio      4040  0.0  0.0   4352   784 pts/2    S+   23:44   0:00 ./wait-test
kudio      4041  0.0  0.0   4352    76 pts/2    S+   23:44   0:00 ./wait-test

再次通过 ps aux进行查看

USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
kudio      4040  0.0  0.0   4352   784 pts/2    S+   23:44   0:00 ./wait-test

运行后得到如下：

I am parent, my id is 4040.
I am child, my id is 4041.
wait for child 4041
I am parent, my id is 4040.
wait for child -1

可以发现wait函数是个阻塞函数，父进程一直在等待回收子进程
如果没有子进程，则立即返回 -1

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