进程的概念与部分函数

一、基本概念
1、进程与程序
程序：存储在磁盘上的文件，包含可执行指令和数据的静态实体。
进程：运行中的程序（一个程序可以执行多次，加载出多个进程）。
进入就是处于活动状态的计算机程序。

2、进程的分类：
交互进程：有输入、输出，用户可以根据自己的情况输入数据，得到想要的结果（一般进程）。
批处理进程：由脚本加载执行的程序（Linux下的shell，windows下的bat）。
守护进程：总是活跃的、后台运行，一般由系统开机时加载执行或root用户手动加载执行。
3、查看进程
简单方式：ps,显示当前用户有终端控制权的进程信息。
列表形式：ps aux，以列表形式显示详细信息
a 所有用户的终端控制进程
x 所有用户的无终端控制的进程
u 详细方式显示
4、进程的详细信息列表
USER 进程的属主
PID 进程id
%CPU CPU使用率
%MEM 内存使用率
VSZ 占用虚拟内存的大小
RSS 占用物理内存的大小
TTY 有终端控制的显示终端的次设备号，如果无终端控制树显示？
STAT 进程的状态
O 就绪态，等待被系统调度。
R 运行态，Linux系统没有就绪态，就绪态也用R表示。
S 休眠态，可以被系统中断（信号）唤醒转入运行态。
T 暂停态，是被SIGSTOP信号暂停的，当收到SIGCONT信号时才能再转入运行态。
Z 僵尸态，已经结束停止运行，但父进程还没有回收。
< 高优先级进程
N 低优先级进程
l 多线程化的进程
+ 在前台进程组中的进程
s 会话首进程
START TIME 进程开始时间
COMMAND 进程的可执行文件名
5、父进程与子进程，孤儿进程与僵尸进程
一个进程A可以创建出另一个进程B，创建者叫父进程，被创建进程叫子进程国，父进程启动子进程后，在操作系统的调用下父进程同时执行（同步）。
如果子进程先于父进程结束，会向父进程发送SIGCHLD信号，父进程收到信号后，就应该去回收子进程的相关资源，但在默认情况下，父进程忽略该信号。
也就是说，当子进程结束后，父进程没有回收子进程的资源，那么子进程就变成了僵尸进程。
如果父进程先于子进程结束，子进程就变成了孤儿进程，同时被孤儿院收养（init），然后就变成了init的子进程。

二、进程标识符
操作系统会为每个进程分配一个唯一的标识符，采用无符号整数表示，即进程ID。
进程ID在任何时候都是唯一的，但是可以重用，当一进程结束，新创建的进程才可以使用它的进程ID（延时重用）。
pid_t getpid(void);
功能：获取进程ID
pid_t getppid(void);
功能：获取父进程ID
uid_t getuid(void);
功能：获取当前进程的用户ID
gid_t getgid(void);
功能：获取当前进程的组ID

三、fork
pid_t fork(void);
功能：创建一个新进程。
返回值：一次调用两次返回，失败返回-1（当进程数走出系统的限制进程创建就会失败）。

1、两人次返回分别是进程ID和0，父进程会拿到子进程的ID，子进程返回0，借此可以分别出父子进程，编写不同的处理分支。
2、通过fork创建的子进程就是父进程的副本（拷贝）
子进程会获取父进程数据段、bss段、堆、栈、IO流（共享文件指针和文件描述符）、缓冲区的拷贝，与父进程共享代码段。
3、子进程会继承父进程的信号处理方式。
4、fork函数调用后，父了进程各自执行，谁先返回不一定，但可以使用一些手法来确定谁先执行。
练习1：实现一程序来验证：子进程会获取父进程数据段、bss段、堆、栈、IO流（共享文件指针和文件描述符）。
练习2：为一个父进程创建5个子进程，一共6个进程。
5、僵尸进程与孤儿进程的实现。

四、进程的正常退出
1、从main函数中return。
2、调用标准库中的exit函数。
void exit(int status);
功能：调用者立即结束该进程
status：退出状态码，可以在父进程中获取到，子进程留给父进程的遗言。
退出前做的的事情：
1）先调用事先注册的函数(通过atexit/on_exit)。
int on_exit(void (*function)(int , void *), void *arg);
功能：注册一个函数，当进程通过exit函数开始结束时调用
function：函数指针，无返回值，参数1为exit函数的参数，参数二，为on_exit函数的第二个参数。
arg：当function函数被调用是传递给它第二参数。

int atexit(void (*function)(void));
功能：注册一个函数，当进程通过exit函数结束时调用。
function：函数指针，无返回值无参数。
2）冲刷所有处在末关闭状态的标准IO流。
3）返回一整数（EXIT_SUCCESS／EXIT_FAILURE）给操作系统
4）该函数不会返回，它的功能实现借助了_exit/_Exit
3、调用_exit/_Exit函数退出
注意：这两个函数的功能是一样的
#include
void _exit(int status);
#include
void _Exit(int status);//调用系统的_exit
功能：调用的进程会结束，没有返回值。
status：会被父进程获取到（低八位，一个字节）
1）进程结束前会关闭所有处于打开状态的文件描述符。
2）把所有子进程托付给孤儿院（init）。
3）向它的父进程发送SIGCHLD信号。
注意：exit函数这也执行以上操作，因此它底层调用了_exit/_Exit。
4、进程的最后一个线程执行最后一条语句。
5、进程的最后一个线程调用了pthread_exit函数。
五、进程的异常退出
1、调用了abort函数，该函数会产生SIGABRT信号。
2、进程接收到一些信号（无没捕获处理、或无法捕获处理）。
3、进程的最后一线程收到"取消"请求，并做出响应，相当于线程收到了结束"信号"。

六、wait/waitpid
pid_t wait(int *status);
功能：等待所有子进程结束，并获取到最终的状态码，只要有一个进程结束就立即返回。

1、应该是父进程收到子进程发送来的SIGCHLD信号时，调用wait函数回收子进程的资源并获取结束状态。
2、如果所有子进程都在运行，则wait阻塞。
3、如果已有僵尸进程，wait也会立即返回，回收资源获取结束状态码。
4、如果没有子进程，则返回失败-1。

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能：等待指定的进程结束，并获取到最终的状态码。
pid：
-1 等待任一子进程结束，此时与wait等价
>0 等待进程号为pid的进程结束，此时只等待一个进程结束
=0 等待同组的任一子进程结束， 此时等待的是整个进程组
<-1 等待的是进程组id是pid的绝对值中的任一子进程结束，此时等待的是整个进程组。
options:
WNOHANG 非阻塞模式，如果没有子进程结束则立即退出
WUNTRACED 如果子进程处理暂停，则返回它的状态
WCONTINUED 如果子进程从暂停转为继续，则返回它的状态
1、wait函数只能孤独的等待子进程结束，而waitpid可以有更多的选择。
2、waitpid不光可以等待子进程，也可以等待同组进程。
3、waitpid可以阻塞也可以不阻塞。
4、也可以监控子进程的暂停或继续状态。

七、vfork
pid_t vfork(void);
功能：与fork的功能基本一致
区别：通过vfork创建的进程不复制父进程的地址空间（数据段、bss段、堆、栈、IO流、缓冲区的拷贝），必须通过exec系列函数加载自己的可执行程序。
注意：当执行vfork时，子进程先返回，此时它占用了父进程的地址空间，当子进程成功创建后（通过exec加载可执行程序），父进程才返回。

八、exec
功能：加载子进程的可执行文件。
int execl(const char *path, const char *arg, …);
path：可执行文件的路径
arg：第一个main函数的参数，最后一次必须以NULL结尾。

int execlp(const char *file, const char *arg,…);
file：可执行文件的名字，会从PATH环境变量的路径中查找可执行文件并执行。
arg：第一个main函数的参数，最后一次必须以NULL结尾。
int execle(const char *path, const char *arg,…, char * const envp[]);
path：可执行文件的路径
arg：第一个main函数的参数，最后一次必须以NULL结尾。
envp：父进程的环境变量表，传递给子进程。

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

九、system
int system(const char *command);
功能：执行系统命令的，也可以加载可执行程序。
相当于创建一个子进程，但子进程不结束，该函数不返回，父子进程不会同时执行。
该函数的实现应该调用了：vfork、exec、wait等函数。

十、进程组
进程组：是由一个或多个进程的集合，每个进程除有一个进程ID还有一个进程组ID，进程组中的进程归属同一个作业控制（负责完成同一个任务）。
同一进程组的进程，会统一接收到终端的信号，由fork创建的子进程，默认就加入了父进程的进程组。

每个进程组都有一个组长，组长的进程ID就是组ID
pid_t getpgid(pid_t pid);
功能：获取pid进程的进程组ID

int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);
功能：设置进程pid进程的进程组ID，就相当于加入pgid进程组。
pgid就是它的组长。