Linux 进程操作

进程的基本知识

一个程序的执行称为一个进程，所有的代码都是在进程中执行的，进程是操作系统资源分配的基本单位。

在Linux中，除了内核的启动进程外，其他所有的进程都是由它的父进程通过fork函数调用产生的。

操作系统通过识别每一个进程的pid来识别每一个进程，pid在进程中是唯一的，可以重复利用(比如说前一个为pid=11的进程死掉了，那么pid=11的这个进程就可以分配给其他进程使用了：当pid达到最大限制时，内核会从头开始查找闲置的pid并使用最先找到的那一个作为新进程的id)

进程pid

操作系统中有一些进程的id是专用的：

• id=0的进程为调度进程，调度进程是内核的一部分，并不执行任何磁盘上的程序
• id=1的进程叫做 init 进程，init 进程是以超级用户权限运行着的普通用户进程，不是系统进程。

进程常用的函数

• 头文件：#include
• __pid_t getpid (void)：调用进程的进程ID
• __pid_t getppid (void)：调用进程的父进程ID
• __uid_t getuid (void) ：调用进程的实际用户ID
• __uid_t geteuid (void)：调用进程的有效用户ID
• __gid_t getegid (void)：调用进程的有效组ID

fork

• fork用于进程的创建（完整的复制），使用fork()函数要引入头文件#include，其函数原型为pid_t fork(void)，fork返回值是pid_t，本质上是int类型。
• 对于fork的返回值，如果是成功，子进程的id号会返回给父进程，并且把0返回给子进程；如果失败了，-1会返回给父进程，并且不会有子进程的创建，

//举一个简单的例子
#include
#include
#include
int main(){
	pid_t n=fork();
	if(n==0){//说明这是一个子进程
		printf("child：my pid=%d.,my ppid =%d\n",getpid(),getppid());
	}else if(n==-1){
		printf("程序创建错误\n");
		return -1;
	}else{
		sleep(1)//保证子进程可以执行完成
		printf("parent：my pid =%d,n=%d\n",getpid(),n);
	}
}

[cch@aubin s]$ gcc file.c
[cch@aubin s]$ ./a.out
child：my pid=3585.,my ppid =3584
parent：my pid =3584,n=3585
[cch@aubin s]$ 

以上的程序结果显示的是子进程先执行，而后父进程开始执行，但是实际上，在执行了fork之后，父进程与子进程都是同时存在的，也就是child：my pid=3585.,my ppid =3584语句和parent：my pid =3584,n=3585语句是同时执行的（并发执行），只是在执行父进程的时候进行了睡眠而已。

可能会出现以下的执行情况：

parent：my pid =3584,n=3585
[cch@aubin s]$ child：my pid=3585.,my ppid =3584

这是因为在并发执行的过程中，父进程先执行完毕，父进程执行完毕会返回给父进程的父进程，也就是系统调用，然后显示出来美元符号$，紧接着子进程也执行完毕，想要返回父进程会发现父进程已经结束了，只能返回上一层的上一层，也就是在美元符号后面显示。

wait和waitpid

• 库函数exit(status)终止一进程，将进程占用的所有资源(内存、文件描述符等)归还内核。参数status为一整形变量，标识进程的退出状态。父进程可以通过系统调用wait()来获取该状态
• 系统调用wait(&status)的目的有二：
  其一：如果子进程尚未调用exit()终止，那么wait()会挂起父进程直到有一个子进程终止
  其二：子进程的终止状态通过 wait()的 status 参数返回

#include
#include
#include
#include
#include

int main(){
	pid_t pid;
	char *message;
	int n;
	int exit_code;

	pid=fork();
	switch(pid){
		case -1:exit( -1);
		case 0:
			message="child child";
			n=5;
			exit_code=37;
			break;
		default:
			message="father father";
			n=3;
			exit_code=38;
			break;
	}
	for(;n>0;n--){
		puts(message);
		sleep(1);
	}

	if(pid){//父进程
		int stat_val;
		pid_t child_pid;
		child_pid=wait(&stat_val);//父进程等待子进程的结束

		printf("child finish:pid=%d\n",child_pid);
		if(WIFEXITED(stat_val))//子进程正常终止的情况
			printf("child exit with code %d\n",WEXITSTATUS(stat_val));
		else//子进程非正常终止的情况
			printf("child terminated abnormally\n");
	}
	exit(exit_code);
}

[cch@aubin s]$ gcc file.c 
[cch@aubin s]$ ./a.out
father father
child child
father father
child child
father father
child child
child child
child child
child finish:pid=4459
child exit with code 37
[cch@aubin s]$ 

• pid_t wait(int *status)用于等待子进程结束，回收并且释放子进程资源；其中status用来保存子进程退出时的状态，如果status为NULL，表示忽略子进程退出时的状态；如果函数执行成功，返回子进程的进程号，失败则返回-1。
• pid_t waitpid(pid_t pid ,int *status , int options)waitpid相比于wait多了两个参数，options=0时，同wait，阻塞父进程，等待子进程退出。

exec函数簇

• 用fork函数创建子进程后，子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，该进程执行的程序完全替换为新程序，而新程序则从其main函数开始执行。因为调用exec并不创建新进程，所以前后的进程ID并未改变。exec只是用一个全新的程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段。
• exec本身不是一个函数，而是有6种不同的函数可供使用，所以被称为exec函数簇

#include 
 
int execl( const char *pathname, const char *arg0, ... /* (char *)0 */ );
 
int execv( const char *pathname, char *const argv[] );
 
int execle( const char *pathname, const char *arg0, ... /* (char *)0, char *const envp[] */ );
 
int execve( const char *pathname, char *const argv[], char *const envp[] );//进程映像的名字，映像所携带的参数，参数为0表示结束
 
int execlp( const char *filename, const char *arg0, ... /* (char *)0 */ );
 
int execvp( const char *filename, char *const argv[] );
 
6个函数返回值：若出错则返回-1，若成功则不返回值

#include
#include
#include
#include
#include

int main(){
	printf("exec:\n");
	execlp("ls","ls,0");
	printf("dome\n");
	exit(0);
}

[cch@aubin s]$ gcc file.c 
[cch@aubin s]$ ./a.out
exec:
dome
[cch@aubin s]$ 

system函数

• int system(const char * command)system函数包含在头文件stdlib.h中，该函数会执行dos(windows系统) 或 shell(Linux/Unix系统) 命令，参数字符以command为命令名字。
• 在windows系统中，system函数直接在控制台调用一个command命令。
  在Linux/Unix系统中，system函数会调用fork函数产生子进程，由子进程来执行command命令，并且使用wait阻塞父进程，直到子进程执行完毕后父进程继续执行。
• 命令执行成功返回0，执行失败返回-1。

#include
#include

int main(){
	printf("system:\n");
	system("ls");
	printf("dome\n");
	exit(0);
}

[cch@aubin s]$ gcc file.c 
[cch@aubin s]$ ./a.out
system:
a.out  file.c
dome
[cch@aubin s]$ 

system("ls &");//表示把子进程放到后台去做

信号处理signal函数

Linux中的信号可以通过kill -l命令获取

#include
#include
#include

void ouch(int sig){
	printf("signal:%d\n",sig);
	(void)signal(SIGINT,SIG_DFL);//将ctrl+c的对应信号处理函数恢复成默认的值，也就是中断当前程序的执行
}

int main(){
	(void)signal(SIGINT,ouch);//捕获信号ctrl+c，ouch是信号处理函数
	while(1){
		printf("hello world\n");
		sleep(1);
	}
}

• void（* signal（int sig，void（* func）（int）））（int）;指定使用sig指定的信号编号处理信号的方法。 其中void（* func）（int）表示的是一个带有int类型参数的函数指针；而signal本身的函数的返回值也是一个函数指针
• 常用的sig包括（共32）：
  • SIGINT：2，表示interrupt中断
  • SIGKILL：9，表示发送不可屏蔽的kill信号
  • SIGSEGV：11，表示segmentation violation，段违规
  • SIGUSR1：10，开放用户使用，默认处理进程终止
  • SIGUSR2：12，开放用户使用，默认处理进程终止
• 参数func指定程序可以处理信号的三种方式之一：
  • 默认处理（SIG_DFL）：信号由该特定信号的默认动作处理。
  • 忽略信号（SIG_IGN）：忽略信号，即使没有意义，代码执行仍将继续。
  • 函数处理程序：定义一个特定的函数来处理信号。

除了在终端，也可以使用kil -2 pid来给对应的进程发送信号，表示系统向程序发送信号

Linux的SIGUSR1SIGUSR2

• 当一个进程调用fork时，因为子进程在开始时复制父进程的存储映像，信号捕捉函数的地址在子进程中是有意义的，所以子进程继承父进程的信号处理方式。
• 但是当子进程调用exec后，因为exec运行新的程序后会覆盖从父进程继承来的存储映像，那么信号捕捉函数在新程序中无意义，所以exec会将原本设置要捕捉的信号都更改为默认动作。

讨论

略

fotk语句执行成功后，会返回一个子进程的pid给父进程，并且返回0给子进程，由于父子进程并发执行，所以这个时候x的值为1或者-1都有可能，看父子进程谁先被调用。

尝试使用wait和waitid来同步父子进程的执行

child_pid=wait(&stat_val);//父进程等待子进程的结束
child_pid=wait(child_id,&stat_val,-1);//父进程等待子进程的结束

什么是execl函数簇

execl函数簇不是指一个函数，而是6个execl函数的统称，execl函数可以在不创建新进程的情况下，以一个全新的程序替换当前的程序的正文、数据和堆栈。

在一个程序中有多少种信号，怎么使用一个用户定义信号

#include
#include
#include
#include

void signal_handle(int sig_num){
	if(sig_num==SIGUSR1)
		printf("SIGUSR1-----\n");//在命令行中发送SIGUSR1信号可以执行signal_handle函数
	printf("signal_handle\n");
}

int main(){
	signal(SIGUSR1,signal_handle);
	while(1){
		printf("main------\n");
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

在程序运行过程中，使用kill -s SIGUSR1 pid可以在命令行中发送对应的执行给程序，从而执行信号所对应的信号处理函数。

signal和sigaction的区别是什么

下面所指的signal都是指以前的older signal函数，现在大多系统都用sigaction重新实现了signal函数，不会出现空窗期。

• signal在调用函数hander之前会有一段空窗期，在空窗期期间会先把hander指针恢复，这样会导致signal丢失信号，不能处理重复的信号；sigaction调用之后不会恢复hander指针，只有当再次调用sigaction修改handle指针才会恢复。