系统编程复习要点-优快云博客

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open函数

close函数

阻塞与非阻塞

现在明确一下阻塞（Block）这个概念。当进程调用一个阻塞的系统函数时，该进程被置于睡眠（Sleep）状态，这时内核调度其它进程运行，直到该进程等待的事件发生了（比如网络上接收到数据包，或者调用 sleep 指定的睡眠时间到了）它才有可能继续运行。与睡眠状态相对的是运行（Running）状态，在 Linux 内核中，处于运行状态的进程分为两种情况：

正在被调度执行。 CPU 处于该进程的上下文环境中，程序计数器（eip）里保存着该进程的指令地址，通用寄存器里保存着该进程运算过程的中间结果，正在执行该进程的指令，正在读写该进程的地址空间。

就绪状态。该进程不需要等待什么事件发生，随时都可以执行，但 CPU 暂时还在执行另一个进程，所以该进程在一个就绪队列中等待被内核调度。系统中可能同时有多个就绪的进程，那么该调度谁执行呢？内核的调度算法是基于优先级和时间片的，而且会根据每个进程的运行情况动态调整它的优先级和时间片，让每个进程都能比较公平地得到机会执行，同时要兼顾用户体验，不能让和用户交互的进程响应太慢。

read函数

write函数

fcntl函数

fcntl用来改变一个【已经打开】的文件的访问控制属性
重点掌握两个参数的使用， F_GETFL，F_SETFL

lseek函数

修改文件偏移量

传入传出参数

stat函数

link与ulink函数

dup函数和dup2函数

fork函数

获取进程id

父子进程相同内容

相同内容

不同内容

exec函数族

孤儿进程和僵尸进程

定义

回收子进程

wait函数

waitpaid函数

获取子进程退出值和异常终止信号

一个进程终止时会关闭所有文件描述符，释放在用户空间分配的内存，但它的PCB还保留着，内核在其中保存了一些信息：如果是正常终止则保存着退出状态，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或者waitpid获取这些信息，然后彻底清除掉这个进程。
一个进程的退出状态可以在shell中用特殊变量$？查看，因为shell是它的父进程，当它终止时，shell调用wait或者waitpid得到它的退出状态，同时彻底清除掉这个进程。

进程通信

管道通信

允许多个读写端

基本用法

管道读写

优缺点

fifo管道

fifo管道可以用于无血缘关系的进程间通信，fifo操作起来像文件。

允许多个读写端

基本用法

文件用于进程通信

mmap函数

存储映射I/O(Memory-mapped I/O)

使一个磁盘文件与存储空间中的一个缓冲区相映射。于是从缓冲区中取数据，就相当于读文件中的相应字节。
与此类似，将数据存入缓冲区，则相应的字节就自动写入文件。这样，就可在不使用read和write函数的情况下，使地址指针完成I/O操作。
使用这种方法，首先应该通知内核，将一个指定文件映射到存储区域中。这个映射工作可以通过mmap函数来实现。

允许多个读写端

基本使用

注意事项

用于创建映射区的文件大小为 0，实际指定非0大小创建映射区，出 “总线错误”。
用于创建映射区的文件大小为 0，实际制定0大小创建映射区，出 “无效参数”。
用于创建映射区的文件读写属性为，只读。映射区属性为读、写。出 “无效参数”。
创建映射区，需要read权限。当访问权限指定为 “共享”MAP_SHARED时， mmap的读写权限，应该 <=文件的open权限。 只写不行。
文件描述符fd，在mmap创建映射区完成即可关闭。后续访问文件，用地址访问。
offset 必须是 4096的整数倍。（MMU 映射的最小单位 4k ）
对申请的映射区内存，不能越界访问。
munmap用于释放的地址，必须是mmap申请返回的地址。
映射区访问权限为 “私有”MAP_PRIVATE, 对内存所做的所有修改，只在内存有效，不会反应到物理磁盘上。
映射区访问权限为 “私有”MAP_PRIVATE, 只需要open文件时，有读权限，用于创建映射区即可。
保险调用法

mmap总结

创建映射区的过程中，隐含着一次对映射文件的【读操作】
当MAP_SHARED时，要求：映射区的权限应该<=文件打开的权限（出于对映射区的保护）。而MAP_PRIVATE则无所谓，因为mmap中的权限是对内存的限制
映射区的释放与文件关闭无关。只要映射建立成功，文件可以立即关闭
特别注意，当映射文件大小为0时，不能创建映射区。所以：用于映射的文件必须要有实际大小！！mmap使用时常常会出现总线错误，通常是由于共享文件存储空间大小引起的。如，400字节大小的文件，在简历映射区时，offset4096字节，则会报出总线错误
munmap传入的地址一定是mmap返回的地址。坚决【杜绝指针++】操作
文件偏移量必须为4K的整数倍
mmap创建映射区出错概率非常高，一定要检查返回值，确保映射区建立成功再进行后续操作。

使用案例

父子进程

无血缘关系进程

匿名映射区

信号

信号共性：简单、不能携带大量信息、满足条件才发送。

信号的特质：信号是软件层面上的“中断”。一旦信号产生，无论程序执行到什么位置，必须立即停止运行，处理信号，处理结束，再继续执行后续指令。

所有信号的产生及处理全部都是由【内核】完成的。

信号的产生

1. 按键产生，如：Ctrl+c、Ctrl+z、Ctrl+\

2. 系统调用产生，如：kill、raise、abort

3. 软件条件产生，如：定时器alarm

4. 硬件异常产生，如：非法访问内存(段错误)、除0(浮点数例外)、内存对齐出错(总线错误)

5. 命令产生，如：kill命令

递达：递送并且到达目的进程，直接被内存处理掉。

未决：产生和递达之间的状态。主要由于阻塞(屏蔽)导致该状态。

信号的处理方式

1. 执行默认动作

2. 忽略(丢弃)

3. 捕捉(调用户自定义处理函数)

信号四要素：1. 编号 2. 名称 3. 事件 4. 默认处理动作

默认动作：

kill函数与kill命令

alarm函数与setitimer函数

第一次信息打印是两秒间隔，之后都是5秒间隔打印一次

信号集操作函数

信号集set函数：

sigset_t set;自定义信号集。

sigemptyset(sigset_t *set);清空信号集

sigfillset(sigset_t *set);全部置1

sigaddset(sigset_t *set, int signum);将一个信号添加到集合中

sigdelset(sigset_t *set, int signum);将一个信号从集合中移除

以上函数成功返回0，失败返回-1。

sigismember（const sigset_t *set，int signum); 判断一个信号是否在集合中。

返回值：在返回1，不在返回0，失败返回-1。

sigprocmask函数：

sigpending函数：

使用案例：

信号捕捉函数

使用案例：

信号捕捉特征

1. 捕捉函数执行期间，信号屏蔽字由 mask --> sa_mask , 捕捉函数执行结束。恢复回mask

2. 捕捉函数执行期间，本信号自动被屏蔽(sa_flgs = 0).其他信号不屏蔽，如需屏蔽则调用sigsetadd函数修改

3. 捕捉函数执行期间，被屏蔽信号多次发送，解除屏蔽后只处理一次！

借助信号捕捉回收子进程

SIGCHLD的产生条件：

子进程终止时
子进程接收到SIGSTOP
子进程处于停止态，接收到SIGCONT后唤醒时

一次回调可以回收多个子进程

问题：

一次回调只回收一个子进程，同时出现多个子进程死亡时，只会回收累积信号中的一个子进程。
有可能父进程还没注册完捕捉函数，子进程就死亡了

解决方法：

首先是让子进程sleep，但这个不太科学。在fork之前注册也行，但这个也不是很科学。
最科学的方法是在int i之前设置屏蔽，等父进程注册完捕捉函数再解除屏蔽。这样即使子进程先死亡了，信号也因为被屏蔽而无法到达父进程。解除屏蔽过后，父进程就能处理累积起来的信号了。

回收子进程案例：

1. void sys_err(const char *str)  {  
2.     perror(str);  
3.     exit(1);  
4. }  
5.   
6. void catch_child(int signo)         // 有子进程终止，发送SGCHLD信号时，该函数会被内核回调  
7. {  
8.     pid_t wpid;  
9.     int status;  
10.     //if((wpid = wait(NULL)) != -1) {  //只能执行一次，处理一个信号
11.     while((wpid = waitpid(-1, &status, 0)) != -1) {         // 循环回收,防止僵尸进程出现.  
12.         if (WIFEXITED(status))  
13.             printf("---------------catch child id %d, ret=%d\n", wpid, WEXITSTATUS(status));  
14.     }  
15.     return ;  
16. }  
17.   
18. int main(int argc, char *argv[])  
19. {  
20.     pid_t pid;  
21.     //阻塞  
22.     sigset_t set;  
23.     sigemptyset(&set);  
24.     sigaddset(&set, SIGCHLD);  
25.     sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, NULL);  //先对对应的信号进行阻塞
26.       
27.     int i;   
28.     for (i = 0; i < 15; i++)  
29.         if ((pid = fork()) == 0)                // 创建多个子进程  
30.             break;  
31.   
32.     if (15 == i) {  
33.         struct sigaction act;  
34.         act.sa_handler = catch_child;           // 设置回调函数  
35.         sigemptyset(&act.sa_mask);              // 设置捕捉函数执行期间屏蔽字  
36.         act.sa_flags = 0;                       // 设置默认属性, 本信号自动屏蔽  
37.         sigaction(SIGCHLD, &act, NULL);         // 注册信号捕捉函数  
38.         //解除阻塞  
39.         sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, NULL);  
40.   
41.         printf("I'm parent, pid = %d\n", getpid());  
42.         while (1);  	//模拟后续逻辑
43.   
44.     } else {  
45.         printf("I'm child pid = %d\n", getpid());  
46.         return i;  
47.     }  
48.   
49.     return 0;  
50. }