Linux进程管理

Linux进程管理
一、进程的基本概念
1、进程与程序
程序是存储在磁盘上的可执行文件，程序被加载到内存中
开始运行时叫做进程
一个程序可以被多次加载生成多个进程，进程就是出于活动
状态的计算机程序
2、进程的分类
进程一般分为三个种类：交互进程、批处理进程、守护进程
3、查看进程
简单模式：ps 显示当前用户有终端控制进程简单信息
列表模式：ps -auxw 显示所有进程的详细信息
a 所有用户的有终端控制的进程
x 无终端控制的进程
u 显示进程的详细信息
w 以更大的列宽显示
USER 进程的属主用户名
PID 进程号
%CPU CPU的使用率
%MEM 内存的使用率
VSZ 虚拟内存使用的字节数
RSS 物理内存使用的字节数
TTY 终端设备号 ？表示无终端控制
STAT 进程的状态
O 就绪态 等待被调用
R 运行态，Linux系统没有O，就绪也用R表示
S 可被唤醒的睡眠态，如系统中断、获取资源、
收到信号等都可以唤醒进入运行态
D 不可被唤醒的睡眠态，只能被系统唤醒
T 暂停态 收到SIGTSTP信号进入暂停态，收
到SIGCONT信号转回运行态
X 死亡态
Z 僵尸态
N 低优先级
< 高优先级
l 多线程进程
s 进程的领导者
START 进程的启动时间
TIME 进程运行时间
COMMAND 启动进程的命令
4、父进程、子进程、孤儿进程、僵尸进程
一个进程可以被另一个进程创建，创建者叫做父进程，被创建者叫子进程，
子进程被父进程创建后会在操作系统的调度下同时运行
当子进程先于父进程结束，死前子进程会向父进程发送信号SIGCHLD，
此时父进程应该去回收子进程的相关资源
孤儿进程：父进程先于子进程结束，子进程就变成了孤儿进程，孤儿进程
会被孤儿院（init守护进程）领养，init就是孤儿进程的父进程
僵尸进程：该进程已死亡，但是它的父进程没有立即回收它的相关资源，
该进程就进入了僵尸态

5、进程标识符
    每个进程都有一个用非负整数表示的唯一标识，即进程ID\PID 
    进程ID在任意时刻都是唯一的，但是可以重用，进程一旦结束它的进程
    ID就会被系统回收，过一段时间后再重新分配给其他新创建的进程使用
    （延时重用）
    #include <sys/types.h>
   #include <unistd.h>

   pid_t getpid(void);
   功能：返回调用者的进程ID
   pid_t getppid(void);
   功能：返回父进程的ID

二、创建进程
#include <unistd.h>

pid_t fork(void);
功能：创建子进程
返回值：一次调用两次返回，子进程返回0，父进程返回子进程的ID，
当进程数量超过系统限制时会创建失败，此时返回-1

1、通过fork创建的子进程会拷贝父进程（数据段、bss段、堆、栈、I/O缓冲区）
与父进程共享代码段、子进程会继承父进程的信号处理方式
2、fork函数调用后父子进程各种独立运行，谁先返回不确定，但是可以通过
睡眠确定让哪个进程先执行
3、通过fork创建的子进程可以共享父进程的文件描述符
4、可以根据返回值的不同让父子进程进入不同的分支，执行不同的代码

练习1：为进程创建4个子进程，再为这4个子进程，分别创出2个子进程
    解题思路：子进程创建后，执行完任务后就休眠，这样不会被其他的
    fork影响

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

   pid_t vfork(void);
   功能：以加载可执行文件的方式来创建子进程
   返回值：子进程返回0，父进程返回子进程的ID 
   注意：vfork创建的子进程一定先返回，此时子进程并没有创建成功，
   需要加载一个可执行文件替换当前子进程当前的所有资源，当替换完成
   后子进程才算创建成功，此刻父进程才返回

   使用 exec 系列函数让子进程加载可执行文件

    #include <unistd.h>

   extern char **environ;

   int execl(const char *path, const char *arg, ...
                   /* (char  *) NULL */);
    path：可执行文件的路径
    arg：命令行参数，个数不定，由实际的可执行文件所需命令行参数
    决定
        一般第一个是可执行文件的名字，至少有一个参数，一定要以NULL
        结尾

   int execlp(const char *file, const char *arg, ...
                   /* (char  *) NULL */);
    file：可执行文件的名字
    arg：命令行参数，同上
    注意：会去系统默认路径  PATH 指定的路径下加载file

   int execle(const char *path, const char *arg, ...
                   /*, (char *) NULL, char * const envp[] */);
    path：可执行文件的路径 
     arg：命令行参数，同上
     envp：环境变量表，父进程可以在加载子进程时把环境变量表传递
     给子进程

   int execv(const char *path, char *const argv[]);
    path:可执行文件的路径
    argv：命令行参数数组，最后以NULL结尾

   int execvp(const char *file, char *const argv[]);
    file：可执行文件的名字
    arg：命令行参数，同上
    注意：也是根据PATH的路径加载file

   int execvpe(const char *file, char *const argv[],
                   char *const envp[]);

     file：可执行文件的名字
    arg：命令行参数，同上
    envp：环境变量表 
    注意：也是根据PATH的路径加载file

    exec系列函数正常情况下是不会返回的，当子进程加载失败时才会
    返回-1
    虽然通过vfork、exec系列函数创建加载的子进程不会继承父进程
    的信号处理函数，但是能继承父进程的信号屏蔽集

    练习2：实现出孤儿进程和僵尸进程，ps查看

三、进程的正常退出
1、在main函数中执行 return n，该返回值可以被父进程获取，
几乎与exit等价
2、进程调用了exit函数，该函数是C标准库中的函数
#include <stdlib.h>

   void exit(int status);
功能：在任何时间、地点调用该函数都可以立即结束进程
status:结束状态码（EXIT_SUCCESS\EXIT_FAILURE），
与main函数中return的返回值效果是一样的
返回值：该函数不会返回

进程退出前要完成：
    1、先调用事先通过atexit\on_exit函数注册的函数，
    如果都注册了，则执行顺序与注册顺序相反
#include <stdlib.h>

int atexit(void (*function)(void));
    功能：向内核注册一个进程结束前必须调用的函数

int on_exit(void (*function)(int , void *), void *arg);
功能：向内核注册一个进程结束前必须调用的函数
arg：会在调用function时传给它
    2、冲刷并关闭所有打开状态的标准IO流
    3、底层继续调用_Exit/_exit函数 
3、调用_Exit/exit函数
       void exit(int status);
       功能：结束进程，由系统提供的
        void Exit(int status);
       功能：结束进程，由标准库提供的
       1、它们的参数会被父进程获取到
       2、进程结束前会关闭所有处于打开状态的文件描述符
       3、向父进程发送信号SIGCHLD
       4、该函数不用返回
4、进程的最后一个线程执行了return返回语句
5、进程的最后一个线程执行了pthread_exit函数。