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Linux系统调用——进程控制

 

什么是进程？

        进程是资源分配的最小单元，是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动。每个进程都是一个独立的运行单元。

 

进程与程序的区别？

（1）程序是放到磁盘的可执行文件，进程是指程序执行的实例。

（2）进程是动态的，程序是静态的。程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和可以复制

（3）1个程序可以对应多个进程，但1个进程只能对应1个程序。  1个程序可能同时由多个进程调用执行，1个进程可以调用执行一个或多个程序。比如说，我们要玩一个游戏，需要显示图像的驱动，声音驱动、I/O驱动的同时执行；比如联接网络的驱动进程，像浏览器、QQ之类的联网功能就需要由它执行。

 

进程的生命周期？

（1）创建。每个进程都由父进程创建，进程也可创建子进程。

（2）运行。多个进程可以同时存在，进程间可以通信。

（3）撤销。进程可被父进程撤销。

· 最简单的创建进程的方法就是在终端中输入 ./test  （test是事先编译好的程序）。

· 在终端输入命令     ps -elf    可以查看当前所有进程的信息，进程ID、父进程ID、进程状态等

· 为了不让 test 立即结束可以在 test.c 中编写代码的时候加入  while(1)； 保证程序一直执行。

  然后使用   ps -elf | grep test    命令可以查看刚才启动的进程 ./test

· 对任何一个进程不断上溯，最终的父进程就是 1号进程Init  。Init的父进程是0号进程，是一个内核进程。

· 在终端输入命令   kill -9 [进程号]   可以杀死进程

  使用命令  kill -l 可以查看kill的一些宏定义

 

进程运行的三种基本状态？

进程的运行有三种状态：

          执行状态：进程正在占用CPU。

          就绪状态：资源分配就绪。等待分配CPU的处理时间片。

          等待状态：进程不能使用CPU。等待事件发生将其唤醒。

     

 

Linux中进程的组成？

        Linux中的进程包含3个段，分别为数据段、代码段和堆栈段。

数据段，存放的是全局变量、常量、静态变量；

代码段，存放的是程序的可执行代码。

堆栈段，栈存放的是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量等。堆存放的是动态分配的数据空间。

 

什么叫进程互斥？

        进程互斥是指任何时刻只允许一个进程使用某共享资源。也就是说，对于系统的某个资源，如果有一个进程在使用它，其他进程就必须等待，不能同时使用。

 

进程调度的方式？

        进程调度可分为两种方式：抢占式、非抢占式。后者现在基本看不到。

        进程调度是一个很复杂的东西，在此不多作介绍。

 

调度算法？

        有以下几种调度算法：

                                   先来先服务调度算法

                                   短进程优先调度算法

                                   高优先级优先调度算法

                                   时间片段轮转算法

        前两种是早期的使用，现在也是基本看不到了。现在大部分的操作系统都使用的后两者的结合。

        当然还有其他的调度算法，可以看看这篇博文  https://blog.csdn.net/GitChat/article/details/81703229

 

什么叫死锁？

        死锁是由于多个进程因竞争资源而形成的一种僵局。若无外力作用，这些进程都将永远不能向前推进。

 

什么叫孤儿进程，什么叫僵尸进程？

        在Linux中，正常情况下，子进程由父进程创建，子进程再创建新的子进程。子进程的结束和父进程的运行是一个异步过程，即父进程永远无法预测子进程到底是什么时候结束。当一个进程完成它的工作终止之后，它的父进程需要调用wait()或者waitpid()系统调用取得子进程的终止状态。

孤儿进程：顾名思义，就是没有了父进程的进程。如果一个父进程退出了，但它的一个或多个子进程还在运行，那么那些子进程将成为孤儿进程。这些孤儿进程会被init进程接管，并由init进程对它们完成状态收集工作。

 

僵尸进程：子进程已经退出，而父进程没有调用wait()或waitpid()获取这个子进程的状态信息，于是父进程就不知道这个子进程有没有退出结束，也就没去回收子进程，最终导致子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵尸进程。

        总的来看孤儿进程不会有什么危害，因为孤儿进程最终还有init进程来善后。而僵尸进程如果一直不释放就会一直占用进程号，如果大量的产生僵尸进程，将因为没有可用的进程号导致系统不能产生新的进程，这种情况应该避免。

关于孤儿进程与僵尸进程更详细的解释可以看看这篇博文  https://www.cnblogs.com/Anker/p/3271773.html

 

进程控制函数

1.fork

函数用法	#include #include pid_t fork(void);
函数功能	创建一个子进程 除了PID和PPID不同，这个子进程复制了父进程的地址空间，并且在父进程作写操作时再次复制。 但不会继承父进程的文件锁和挂起信号。
函数返回值	fork这个函数很特殊，因为它有2个返回值，可能有三个不同的返回值 创建失败，返回-1, 并产生一个errno 创建成功，子进程返回0，父进程返回子进程的进程id

        程序运行时，父进程和子进程的执行顺序是随机的。在rehat上子进程先运行的概率大一些，在ubuntu上父进程运行的概率大一些。

2.vfork

函数用法	#include #include pid_t vfork(void);
函数功能	和fork()一样都是创建一个子进程 有所不同的是vfork()创建的子进程共享了父进程的地址空间。 通常配合exec族函数使用
函数返回值	创建失败，返回-1, 并产生一个errno 创建成功，子进程返回0，父进程返回子进程的进程id

        vfork()创建了子进程，在程序执行时一定是子进程优先执行，而且等到子进程执行完了父进程才执行。

        vfork()创建的子进程再使用exec调用了新程序后，父进程就不需要再等它了。

3.exec族函数

函数用法	#include extern char **environ; 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[]);
函数功能	用被执行的程序替换调用它的程序 path&file：被执行的文件名，需要绝对路径。 arg，...&argv：被执行的程序所需要的命令行参数，包括程序，以空指针NULL结束。
函数返回值	错误返回 -1 并产生一个errno

        exec会启动一个新程序来替换原有进程，因此进程ID不会改变 

4.wait & waitpid

函数用法	#include #include pid_t wait(int *status); pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
函数功能	wait的功能是等待任意一个子进程结束(阻塞)，然后回收子进程资源。 waitpid的功能是暂时停止目前进程的执行，直到信号来到或指定的子进程结束。然后回收子进程资源。 status：子进程的状态 pid：指定的子进程的PID options：通常设置为0
函数返回值	错误返回 -1 并产生一个errno 成功，wait()返回结束的子进程的PID， waitpid()返回状态改变了的子进程的PID

        WIFEXITED(status)判断子进程是否正常退出，返回非0

        WEXITSTATUS(status)获取子进程退出状态

5.exit&_exit

函数用法	#include void exit(int status); #include void _exit(int status);
函数功能	使进程退出 status：传递进程结束状态，一般来说0表示正常退出
函数返回值	无返回值

        _exit()的作用是直接使进程停止，清除其使用的内存空间，并清除其在内核的各种数据结构

        exit()在执行退出前会检查文件的打开情况，把文件缓冲区中的内容写回文件，即清理I/O缓冲。

6.kill

函数用法	#include #include int kill(pid_t pid, int sig);
函数功能	发送信号 pid：进程ID sig：要发送的信号 如果pid有效，kill会把信号发送给pid 如果pid=0，kill会把信号发送给当前进程所在的进程组的每个进程 如果pid=-1，kill会把信号发送给具有发送信号权限的每个进程，除了init 如果pid<-1，kill会把信号发送给进程组-pid的每个进程 如果sig=0，kill不会发送信号，错误检测不会报错
函数返回值	错误返回 -1 成功返回 0

 7.raise

函数用法	#include int raise(int sig);
函数功能	发送信号给自己 等同于   kill(getpid(), sig);
函数返回值	错误返回 -1 成功返回 0

8.signal

函数用法	#include  typedef void (*sighandler_t)(int);  sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
函数功能	处理信号，及设置信号的默认处理 信号的安装与回复 signum：要处理的信号，可以在终端使用kill -l命令查看有哪些系统宏定义的信号 handler：选择处理信号的方式，是系统默认SIG_DFL还是忽略SIG_ING还是捕获(自定义的函数)
函数返回值	错误返回 SIG_ERR

         关于忽略SIG_ING，SIGKILL(9)\SIGSTOP(19)这两种信号是忽略不了的。 这是因为这两种信号向超级用户提供了一种终止或停止进程的方法。

 

        进程控制方面的系统调用远不止这些，想了解更多请转https://blog.csdn.net/qq_42379345/article/details/81710027有对大部分常用系统调用和系统调用派生函数的简单介绍。