Linux环境：C编程多进程操作

进程基础知识

进程是程序与数据的结合，即运行中的程序。每个进程的所有状态信息保存在各自的进程控制块（PCB）中

进程标识

每个进程都有一个唯一的进程标识号pid，pid是一个整型变量。
同时每个进程都有 一个父进程标识号ppid来记录其父进程。
Linux系统中，init进程是所有其他进程的祖先进程，init进程没有父进程，其pid=1,ppid=0,
通过函数pid_t getpid(void) , pid_t getppid(void)可以获得当前进程的pid和ppid

进程运行身份

进程运行时需要对数据进行读写，而为了检查进程是否有读写文件的权限，需要通过进程的用户 ID 和组 ID来确认进程的访问权限。
进程的用户ID和用户组ID分为真实ID和有效ID。

• 真实ID是启动进程的用户ID和其组ID，可以通过函数uid_t getuid(void)和uid_t getgid(void)获得
• 有效ID是内核对进程的访问权限检查时实际检查的ID，缺省状态下等同于真实ID。可以通过对可执行文件的权限设定，使得有效ID与真实ID不同。可以通过函数uid_t geteuid(void)和uid_t getegid(void)获得

应用：
现有文件权限755的可执行文件1c.exe可以对root用户目录下文件进行读写，所有者为root用户。
当使用普通用户执行1c.exe时，有效用户ID为普通用户，所以没有权限访问root用户的文件。
此时可以将1c.exe文件的可执行参数改为s，使用chmod 4755 1c.exe或chmod u+s 1c.exe命令，之后再使用普通用户执行1c.exe时，可以正常读写root用户的文件。
这就是s参数的作用，可以使可执行文件执行时产生的进程的有效用户ID变为可执行文件的所有者，从而固定了该可执行文件对应进程的访问权限。

Linux下进程管理命令

常用进程管理命令：

命令	含义	常用参数
ps	查看系统中的进程	-e显示所有程序;-l采用详细的格式来显示程序状况;-f显示UID,PPIP,C与STIME栏位;-aux 查看%cpu(cpu 使用量) %mem（内存使用量）进程状态
top	动态显示系统中的进程	d<间隔秒数> 　设置top监控程序执行状况的间隔时间，单位以秒计算 ;c 　显示每个程序的完整指令，包括指令名称，路径和参数等相关信息;n<执行次数>　设置监控信息的更新次数
nice	改变程序执行优先级	-n<优先等级>或-<优先等级>或--adjustment=<优先等级> 　设置欲执行的指令的优先权等级，等级的范围从-20－19，其中-20最高，19最低，只有系统管理者可以设置负数的等级
kill	给程序发信号。缺省信号为SIGTERM(15)，可将指定程序终止	-l <信息编号> 　若不加<信息编号>选项，则-l参数会列出全部的信息名称;-s <信息名称或编号> 　指定要送出的信息。
bp	将程序放到后台运行	也可以通过在指令后添加&直接把任务转入后台
fg	将后台任务转到前台执行	——

创建进程：四类函数

标准C函数system

函数原型：
int system(const char *string)
特点：

• system 函数通过调用 shell 程序/bin/sh –c 来执行 string 所指定的命令。
• 通过 system 创建子进程后，原进程和子进程各自运行，相互间关联较少
• system 调用成功，将返回 0，创建进程失败返回0
• system函数后面的参数还可以是一个可执行程序，通过加&可以使该程序后台运行

Linux C 接口fork 函数

函数原型：
pid_t fork(void)
函数原理：
fork函数执行后创建一份当前进程的复制作为当前进程的子进程，子进程的进程空间与父进程一致，拥有的资源相同，只有进程号，计时器，和进程对资源的取用操作不同。通过判断fork函数的返回值可以判断是子进程还是父进程。
如果返回值是0则是子进程，大于0则是父进程，且返回值是子进程的进程号。如果返回负值则表示创建子进程失败。
示例程序：

int main()
{
	int pid = fork();
	if(pid<0){
		printf("创建子进程失败！\n");
	}
	else
	{
		if(fork==0)
		{
			printf("这是子进程,进程号为：%d\n"，getpid());
		}
		else
		{
			pirntf("这是父进程，子进程进程号为：%d\n",pid);
		}
	}
	return 0;
}

执行效果如下：

Linux C 接口exec 函数族

函数机制：exec函数族会调用已存在的可执行程序覆盖原有进程的进程空间，相当于进程替换，进程号不变，原进程不再执行。替换失败返回-1。
常用exec函数：

• int execl(const char *path, const char *arg, ...);
  path:完整路径，被调用函数的参数列表，NULL结尾

• int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
  第一个参数不用输入完整路径，给出命令名即可，系统会在环境变量PATH当中查找命令
  后面跟被调用函数的参数列表，NULL结尾

• int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]);
  path:完整路径，被调用函数的参数列表，NULL结尾，然后跟环境变量字符串数组，可以把环境变量传入新进程

• int execv(const char *path, char *const argv[]);
  path:完整路径，命令所需的参数以char *arg[]形式给出且arg最后一个元素为NULL
  示例：

#include <fun.h>

int main()
{
    printf("this is father！\n");
    execl("../fork/forkc.exe","fork.exe",NULL);
    printf("this is still father!\n");
    return 0;
}

执行效果：

可以看到第二句printf没有执行，因为原进程已经被新进程取代。

标准C函数popen

函数原型：

FILE *popen(const char *command, const char *type);

函数机制：

• command 为可执行文件的全路径和执行参数；相当于用该程序创建新进程
• type 可选参数为”r”或”w”：
  • 如果为”w”,则 popen 返回的文件流做为新进程的标准输入流，原进程向其中写入数据，子进程可以通过标准输入流函数读数据；
  • 如果为”r”,则 popen 返回的文件流做为新进程的标准输出流，新进程可以通过stdout写数据，父进程可以通过该文件指针收到数据，从而实现了进程通信。相当于创建了无名管道。

进程控制与终止

进程控制

孤儿进程

父进程先于子进程终止，则子进程的父进程自动变为祖先进程init，由祖先进程init负责子进程终止后的清理工作，但在 init 进程清理子进程之前，会一直消耗系统的资源
样例：

int main()
{
    int pid = fork();
    if(pid == 0)
    {
        sleep(10);
    }
    else{
    exit(0);
         }
    return 0;
}

僵尸进程

子进程先于父进程终止，则子进程的空间应由父进程负责清理，如果父进程不进行清理，则死掉的子进程会变为僵尸进程，占用系统资源，影响系统性能。

int main()
{
    int pid = fork();
    if(pid==0)
    {
        exit(0);
    }
    else{
        sleep(10);
    }
    return 0;
}

进程清理

父进程需要手动调用wait()或waitpid() 函数来完成子进程清理工作。

• pid_t wait(int *status);暂停父进程，随机等待一个已经退出的子进程，并返回该子进程的 pid；
• pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);暂停父进程，等待一个指定pid的子进程结束，如果pid为-1表示等待所有进程。options 用于改变 waitpid 的行为，其中最常用的是 WNOHANG，它表示无论子进程是否退出都将立即返回，不会将调用者挂起，没有退出的子进程返回0。
• status 参数是传出参数，存放子进程的退出状态；可以通过对status执行两个宏来获取子进程的信息：WIFEXITED(status) 如果子进程正常结束，返回非 0 值，否则返回0值；WEXITSTATUS(status) 如果 WIFEXITED 非零，即子进程正常结束，它返回子进程的退出码

进程终止

正常终止：

• main函数的自然返回：

• 调用 exit 函数：void exit(int status); status传递进程退出的状态码，0代表正常，非0代表不正常。exit退出时会清理IO缓冲区

• 调用_exit 函数：void _exit(int status);``status传递进程退出的状态码，0代表正常，非0代表不正常。_exit退出时不清理IO缓冲区

非正常终止：

• 调用 abort 函数
• 接收到能导致进程终止的信号 ctrl+c SIGINT 或ctrl+\ SIGQUIT

进程关系

文件继承

通过fork创建子进程，子进程复制父进程的进程空间，继承父进程打开的文件，相当于该文件的引用计数加1，当父进程关闭文件时，子进程不受影响。

守护进程Daemon

Daemon()程序是一直运行的服务端程序，又称为守护进程。通常在系统后台运行，没有控制终端，不与前台交互，Daemon程序一般作为系统服务使用。Daemon是长时间运行的进程，通常在系统启动后就运行，在系统关闭时才结束,Linux的多大服务器就是用守护进程实现的,例如ftp服务器,ssh服务器,wed服务器等我们也把运行的Daemon程序称作守护进程。

---

特点如下：

• 不依赖于终端，后台运行，执行过程中信息不在终端显示
• 与其运行前的环境隔离开来

如何将一个进程启动为守护进程：

1. 调用fork创建子进程，父进程退出，使得子进程由init进程收养
2. 在子进程中创建新会话，从而摆脱原会话终端对子进程的控制
3. 改变当前目录为根目录：使用 fork 函数创建的子进程继承了父进程的当前工作目录。由于在进程运行中，当前目录所在的文件是不能卸载的，这对以后的使用会造成很多的不便。利用 chdir("/");把当前工作目录切换到根目录。
4. 重设文件权限掩码：umask(0);将文件权限掩码设为 0,Deamon 创建文件不会有太大麻烦
5. 关闭所有不需要的文件描述符：新进程会从父进程那里继承一些已经打开了的文件。这些被打开的文件可能永远不会被守护进程读写，而它们一直消耗系统资源。另外守护进程已经与所属的终端失去联系，那么从终端输入的字符不可能到达守护进程，守护进程中常规方法（如 printf）输出的字符也不可能在终端上显示。所以通常关闭从 0 到 最大文件描述符的所有文件描述符。

示例：

int main()
{
 const int MAXFD=64;
 int i=0;
 if(fork()!=0)//父进程退出
 exit(0);
 setsid(); //成为新进程组组长和新会话领导，脱离控制终端
 chdir("/"); //设置工作目录为根目录
 umask(0); //重设文件访问权限掩码
 for(;i<MAXFD;i++) //尽可能关闭所有从父进程继承来的文件
 close(i);
 //该进程已经成为了Daemon进程
}