进程全家桶,看这一篇就够了 | 原力计划

作者 | 看,未来

责编 | 王晓曼

出品 | CSDN博客

初见进程,先查一下户口

1、进程环境

进程控制块PCB:就是进程在操作系统中的“户口”,具体实现是 task_struct数据结构:

1.状态信息,例如这个进程处于可执行状态,休眠,挂起等。

2.性质,由于unix有很多变种,进程有自己独特的性质。

3.资源,资源的链接比如内存,还有资源的限制和权限等。

4.组织,例如按照家族关系建立起来的树(父进程,子进程等)。

2、进程状态

运行状态R(TASK_RUNNING)

可中断睡眠状态S(TASK_INTERRUPTIBLE)

不可中断睡眠状态D(TASK_UNINTERRUPTIBLE)

暂停状态T(TASK_STOPPED或TASK_TRACED)

僵死状态Z(EXIT_ZOMBIE)

退出状态X(EXIT_DEAD)

以上两部分,了解即可

3、进程原语

(1)fork

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

功能 :子进程复制父进程中的0~3G空间和PCB,但ID号不同。

Fork调用一次返回两次

父进程中返回子进程ID (就是大于0的意思)

子进程返回0

读时共享写时复制,可保高效

与之相关函数:

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

pid_t getpid(void); //获取进程ID
pid_t getppid(void); //获取父进程ID
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

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

进程的产生方式:

进程的产生有多种方式,但是追本溯源是相通的。

(1)复制父进程的系统环境(放心,只要是你开的进程,肯定有父进程)
(2)在内核中建立进程结构
(3)将结构插入到进程列表,便于维护
(4)分配资源给该进程
(5)复制父进程的内存映射消息
(6)管理文件描述符和链接点
(7)通知父进程

下面是一张进程列表的图,命令:Pstree。

可以看到Init是所有进程的父进程,其他进程都是有Init进程直接或间接Fork出来的。

(2)Exec族

为什么需要Exec函数?

  • Fork子进程是为了执行新程序(Fork创建了子进程后,子进程和父进程同时被OS调度执行,因此子进程可以单独的执行一个程序,这个程序宏观上将会和父进程程序同时进行)。

  • 可以直接在子进程的IF中写入新程序打代码。但这样不够灵活,因为我们只能把子进程程序的源代码贴过来执行(必须知道源代码,而且源代码太长了也不好控制) 使用Exec族函数运行新的可执行程序。Exec族函数可以直接把一个编译好的可执行程序直接加载运行。

  • 有了Exec族函数后,典型打父子进程程序是这样的:子进程需要运行的程序被单独编写、单独编译链接成一个可执行程序(Hello)。主进程为父进程,Fork创建了子进程后在子进程中Exec来执行Hello,达到父子进程分别做不同程序同时(宏观上)运行的效果。

代码贴这儿,看 这里讲解Exec族

#include<unistd.h>

int execve(const char *path,char *const argv[],char *const envp[]);//这个是真正的系统调用
//以下的函数最后都是调用这个函数

int execl(const char *path,char *const argv,···);
int execlp(const char *file,char *const argv,···);
int execle(const char *path,char *const argv,···· ,char *const envp[]);
int execv(const char *path,char *const argv[]);
int execvp(const char *file,char *const argv,);
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>

int main(void) {
    pid_t pid;
    if((pid = fork()) < 0)
    {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    else if(pid == 0)
    {
        /* child */
        execl("/bin/ls", "ls", "-l", "-a",NULL);
    }
    else
    {
        printf("parent, child id = %d.\n",pid);
    }
    return 0;
}

(3)Wait/Waitpid

这里几个概念:

  • 僵尸进程:子进程退出,父进程没有及时回收,子进程成为僵尸进程

  • 孤儿进程:父进程退出,而子进程没有退出,子进程成为孤儿进程

  • Init进程:1号进程,负责收留孤儿进程,成为他们的父进程

有5种方式终止进程:
(1)main返回
(2)调用exit
(3)调用_exit
(4)调用abort(给自己发送异常终止信号)
(5)由一个信号终止
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);
//这里的status为一个整形指针,是该子进程的返回状态。若该指针不为空,则可以通过该指针获取子进程退出时的状态。

pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options);
// pid是进程号
/*     <-1 回收指定进程组内的任意子进程     -1 回收任意子进程     0 回收和当前waitpid调用一个组的所有子进程     >0 回收指定ID的子进程 */
//options:
/* WNOHANG:强制回收,不阻塞。 WUNTRANCED:一般用上面那个 */

来个联系方式吧,进程间通信

常用的通信方式有: 管道、消息队列、共享内存、文件空间映射

1、管道:两个进程间通信,最古老的通信方式了。

2、消息队列:在内核中建立一个链表,发送方按照一定标识将数据发送到内核中,内核将其放入链表。

()接收方发送请求后,内核按照标识取出消息。

()消息队列是一种完全异步的通信方式。

3、共享内存:共享内存是将内存中的一段地址,在多个进程间共享。多个进程通过挂载在自己名下的地址直接对共享内存进行操作。

4、文件空间映射:Mmap函数用来将文件或设备空间映射到内存中,可以通过对映射后的内存空间操作来获得与操作文件一致的效果。

进程间同步

进程间同步的方法主要有system信号量和进程间锁。

家庭关系如何?(进程间关系)

1、进程组

一个或多个进程组成的集合,进程组的组ID是一个正整数。

//获取当前进程组组ID

pid_t getpgid(pid_t pid);
pid_t getpgrp(void);

几个概念:

  • 组长进程:进程ID号等于组ID。

  • 组长进程可以创建一个进程组,创建该进程组中的进程。

  • 只要进程中有一个进程存在,进程组就存在,与组长进程是否终止无关。

  • 进程组生存期:进程组创建到最后一个进程离开(终止或转移到另一个进程组)

//一个进程可以为自己或子进程设置进程组ID

int setpgid(pid_t pid,pid_t pgid);

//非root进程只能改变自己创建的子进程,或有权限操作的进程

2、会话

pid_t setsid(void);
  • 调用进程不能是进程组组长,该进程变成新会话的首进程。

  • 该进程成为一个新进程组的组长进程。

  • 需要有Root权限(Ubunt不需要)

  • 新会话丢弃原有控制终端,该会话没有控制终端。

  • 建立新会话时,先用Fork,然后父进程终止,子进程调用。

pid_t getsid(pid_t pid);

用于查看当前进程的会话ID。

注意点:组长进程不能成为新会话首进程,新会话首进程必定成为组长进程。

来串伪代码:

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

int main() {
    pid_t pid;
    pid = fork();

    if(pid == 0)
    {
        //打印:
        getpid();//进程ID
        getpgid(0);//组ID
        getsid(0);//会话ID

        sleep(10);

        setsid();//子进程设为会话组长
        //子进程非组长进程,故其成为新会话首进程,且成为组长进程。
        //该进程ID即为会话进程ID

        //再打印一遍
        getpid();//进程ID
        getpgid(0);//组ID
        getsid(0);//会话ID
    }
}

程序、进程与线程的区分

这个问题老师问过我,当时我没答上来。

1、进程是动态的,程序是静态的。

2、一个进程只能对应一个程序,而一个程序可以对应多个进程。

从操作系统方面来看,进程代表的是操作系统分配的内存、CPU时间片等资源的基本单位,是为正在运行的程序准备的运行环境。

版权声明:本文为CSDN博主「看,未来」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。

原文链接:

https://blog.csdn.net/qq_43762191/article/details/106024446

【End】

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