Linux系统编程——进程

进程概念

什么是程序，什么是进程，有什么区别？

• 程序是静态的概念，gcc xxx.c –o pro，磁盘中生成pro文件，叫做程序

• 进程是程序的一次运行活动，通俗点意思是程序跑起来了，系统中就多了一个进程

如何查看系统中有哪些进程？

• 使用ps-aux指令查看，实际工作中，配合grep来查找程序中是否存在某一个进程ps-aux | grep init
• 使用top指令查看，类似windows任务管理器

什么是进程标识符？

• 每个进程都有一个非负整数表示的唯一ID,叫做pid
• Pid=0: 称为交换进程（swapper）。作用—进程调度
• Pid=1：init进程。作用—系统初始化
• 获取进程标识符的函数:

获取自身的进程标识符，返回数据类型pid_t

getpid()

获取父进程的进程标识符，返回数据类型pid_t

getppid()

进程的创建

fork函数

• fork（）函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，也就是两个进程可以做完全相同的事，但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。

#include
pid_t fork(void);

• fork调用后成功，后面的代码会执行两次，因为有两个进程，由进程调度负责父进程先执行还是子进程先执行
• 返回值
  • 返回值为0，代表当前进程是子进程
  • 返回值非负数（子进程的pid号），代表当前进程为父进程
  • 返回-1，调用失败

关于内存空间

fork创建一个子进程的一般目的

1. 一个父进程希望复制自己，使得父、子进程同时执行不同的代码段，这在网络服务进程中是常见的——父进程等待客户端的服务请求，当这种请求到达时，父进程调用fork，使得子进程处理此请求。父进程则继续等待下一个服务请求到达
2. 一个进程要执行一个不同的程序，这对shell是常见的情况，在这种情况下，子进程从fork返回后立即调用exec

vfork函数

关键区别一：

• vfork 直接使用父进程存储空间，不拷贝，也就是共享变量。

关键区别二：

• vfork保证子进程先运行，当子进程调用exit退出后，父进程才执行。

进程退出

正常退出

• Main函数调用return
• 进程调用exit()，标准c库
• 进程调用_exit()或者_Exit()，属于系统调用
• 补充：
  • 进程最后一个线程返回
  • 最后一个线程调用pthread_exit

异常退出

• 调用abort
• 当进程收到某些信号时，如ctrl+C
• 最后一个线程对取消（cancellation）请求做出响应

注意：

• 不管进程如何终止，最后都会执行内核中的同一段代码，这段代码为相应的进程关闭所有打开描述符，释放他所使用的存储期等
• 对上述任一一种终止情形，我们都希望终止进程能够通知其父进程它是如何终止的。对于三个终止函数(exit, _exit和 _ Exit)，实现这一点的方法是，将其退出状态(exit status)作为参数传送给函数，在异常终止情况下，内核(不是进程本身)产生一个指示其异常终止原因的终止状态(termination status)。在任意一种情况下，该终止进程的父进程都能用 wait 或 waitpid 函数取得终止状态。

进程回收

• 父进程等待子进程退出，并收集子进程的退出状态

wait

pid_t wait(int *status);

参数说明：

• status
  • 非空：子进程退出状态放在它所指向的地址中。
  • 空：不关心退出状态

返回值：

• ‐1 : 回收失败，已经没有子进程了
• 大于0 : 回收子进程对应的 pid

注意：
- 如果其所有的子进程都在运行则阻塞
- 如果一个子进程已经终止，正等待父进程获取其终止状态，则取得该子进程的终止状态立即返回
- 如果它没有任何子进程，则立即出错返回
- 调用一次只能回收一个子进程

关于宏：

• 在父进程中使用宏可以收集终止状态

1. WIFEXITED(status):为非0 ，进程正常结束
2. WIFSIGNALED(status):为非0，进程异常退出

waitpid

pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options);

参数说明：

• status参数：
  • 非空：子进程退出状态放在它所指向的地址中。
  • 空：不关心退出状态
• pid参数：（指定回收某个子进程）

• options参数：
  

区别：

• wait使调用者阻塞，waitpid有一个选项，可以使调用者不阻塞（WNOHANG）

进程退出与等待子进程

使用wait函数获取退出的状态，打印退出状态的宏

僵尸进程

• 一个比较特殊的状态，当子进程退出时，父进程（使用wait()系统调用）没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵尸进程。僵尸进程会在以终止状态保持在进程表中，并且会一直等待父进程读取退出状态代码。

孤儿进程

• 父进程如果不等待子进程退出，在子进程之前就结束了自己的“生命”，此时子进程叫做孤儿进程。Linux避免系统存在过多孤儿进程，init进程（pid=1）收留孤儿进程，变成孤儿进程的父进程。

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exec族函数

linux进程—exec族函数(execl, execlp, execle, execv, execvp, execvpe)

exec 族函数的作用

• 我们用 fork 函数创建新进程后，经常会在新进程中调用 exec 函数去执行另外一个程序。当进程调用 exec 函数时，该进程被完全替换为新程序。因为调用 exec 函数并不创建新进程，所以前后进程的ID并没有改变。子进程fork返回后立即调用exec

函数族原型：

• 带 p 的一类 exec 函数，包括 execlp、execvp、execvpe，如果参数 file 中包含 /，则就将其视为路径名，否则就按 PATH 环境变量，在它所指定的各目录中搜寻可执行文件。
• 带 l 的一类 exec 函数（l表示list，包括 execl、execlp、execle，要求将新程序的每个命令行参数都说明为一个单独的参数。这种参数表以空指针结尾。
• 带v的一类exec函数，应该先构造一个指向各个参数的指针数组，然后将该数组的地址作为这些函数的参数
• 带e，多了envp[]数组，使用新的环境变量代替调用进程的环境变量

返回值：

• exec 函数族的函数执行成功后不会返回，调用成功后后面的程序不会执行。调用失败时，会设置 errno 并返回-1，然后从原程序的调用点接着往下执行。

参数说明：

• path：可执行文件的路径名字
• arg： 可执行程序所带的参数，第一个参数为可执行文件名字，没有带路径且 arg 必须以 NULL 结束
• file： 如果参数 file 中包含 /，则就将其视为路径名，否则就按 PATH 环境变量，在它所指定的各目录中搜寻可执行文件。

注意：

• 环境变量：环境变量里面都是路径，通过路径可以找到可执行程序，
• 获取环境变量：echo $PATH
• 手动添加环境变量：export PATH=$PATH:xxx可执行文件的路径

实例：

1. 调用./bin/echoarg路径下的echoarg执行文件
   

2. 调用系统可执行文件ls，通过whereis查看系统可执行程序的地址。若要调用ls-l，则第三个参数为”-l”
   

3. 调用系统时间：调用date，获取date的地址，参数为null
   

4. execl配合fork使用，实现功能，当父进程检测到输入为1的时候，创建子进程把配置文件的字段值修改掉。
   

system函数

linux system函数详解

函数原型：

#include
int system(const char *command)

返回值：

• 成功，则返回进程的状态值；
• 如果system()在调用/bin/sh时失败则返回127
• 其他失败原因返回-1

关于system()函数源码：

• system是封装exce函数的，需要传递一个字符串，该字符串是cmdstring，该字符串包含了执行文件和参数。
• 实际上是执行文件用sh -c

替代excel函数

• 直接写调用函数与参数，不用写可执行文件的路径：

popen函数

linux下popen的使用心得

函数原型

#include “stdio.h”
FILE *popen(const char *command,const char *mode)

参数说明：

• command： 是一个指向以 NULL 结束的 shell 命令字符串的指针。这行命令将被传到 bin/sh 并使用 -c 标志，shell 将执行这个命令。

• mode： 只能是读或者写中的一种，得到的返回值（标准 I/O 流）也具有和 type 相应的只读或只写类型。如果 type 是 “r” 则文件指针连接到 command 的标准输出；如果 type 是 “w” 则文件指针连接到 command 的标准输入。

返回值：

• 如果调用成功，则返回一个读或者打开文件的指针，如果失败，返回NULL，具体错误要根据errno判断

函数原型：

int pclose (FILE* stream)

参数说明：

• stream：popen返回的文件指针

返回值：

• 如果调用失败，返回 -1

比system在应用中的好处：

• 可以获取运行的输出结果，存放在字符串或文件当中，因为excel成功不会返回结果
• 返回的是文件流，而通过fread读取文件流可以写入到指定缓冲区
• 第一个参数是指令，第二个参数一般选字符r，输出
• 需要使用pclose关闭文件

例子：