进程Process
1.什么是进程
进程和程序的区别
1.1 概念
程序：编译好的可执行文件
存放在磁盘上的指令和数据的有序集合（文件）
程序是静态的，没有任何执行的概念
进程：一个独立的可调度的任务
执行一个程序所分配的资源的总称
进程是程序的一次执行过程
进程是动态的，包括创建、调度、执行和消亡
1.2 特点
- 系统会为每个进程分配0-4g的虚拟空间，0-3g(用户空间)是每个进程所独有的，3g-4g（内核空间）是所有进程所共有的。
通信可以利用3-4g的内核空间：
CPU调度进程时会给进程分配时间片(几毫秒~十几毫秒)，时间片用完后，cpu再进行其他进程的调度，实现进程的轮转，从而实现多任务的操作。(没有外界干预的情况下怎么调度进程是CPU随机分配的 )
了解:
进程控制块task_struct
- 进程控制块pcb:包含描述进程的相关信息
- 进程标识PID：唯一的标识一个进程
主要进程标识：
进程号（PID: Process Identity Number）
父进程号：（Parent Process ID: PPID）
- 进程用户
- 进程状态、优先级
- 文件描述符（记录当前进程打开的文件）
1.3 进程段
Linux中的进程大致包含三个段：
数据段：存放的是全局变量、常数以及动态数据分配的数据空间(如malloc函数取得的空间)等。
正文段：存放的是程序中的代码
堆栈段：存放的是函数的返回地址、函数的参数以及程序中的局部变量 （类比内存的栈区）
1.4 进程分类
交互进程：该类进程是由shell控制和运行的。交互进程既可以在前台运行，也可以在后台运行。该类进程经常与用户进行交互，需要等待用户的输入，当接收到用户的输入后，该类进程会立刻响应，典型的交互式进程有：shell命令进程、文本编辑器等
批处理进程：该类进程不属于某个终端，它被提交到一个队列中以便顺序执行。(目前接触不到)
守护进程：该类进程在后台运行。它一般在Linux启动时开始执行，系统关闭时才结束。
1.5 进程状态
D uninterruptible sleep (usually IO) 不可中断的睡眠态
R running or runnable (on run queue) 运行态
S interruptible sleep (waiting for an event to complete) 可中断的睡眠态
T stopped by job control signal 暂停态
t stopped by debugger during the tracing 因为调试而暂停
X dead (should never be seen) 死亡态
Z defunct ("zombie") process, terminated but not reaped by its parent 僵尸态
< high-priority (not nice to other users) 高优先级
N low-priority (nice to other users) 低优先级
L has pages locked into memory (for real-time and custom IO) 锁在内存中
s is a session leader 会话组组长
l is multi-threaded (using CLONE_THREAD, like NPTL pthreads do)多线程
+ is in the foreground process group 前台进程
没有+时，默认是后台进程
I (大写i)空闲状态进程
进程状态切换图
进程创建后，进程进入就绪态，当CPU调度到此进程时进入运行态，当时间片用完时，此进程会进入就绪态，如果此进程正在执行一些IO操作(阻塞操作)会进入阻塞态，完成IO操作（阻塞结束）后又可进入就绪态，等待CPU的调度，当进程运行结束即进入结束态。
1.7 进程相关命令
ps 查看系统中运行的进程-aux -ef
top 动态显示系统中运行的进程
renice 改变正在运行的进程的优先级
nice 按用户指定的优先级运行进程
kill 给进程发信号
bg 将进程切换到后台
fg 将进程切换到前台
jobs 查看当前终端的进程
补充：优先级调度（面试可能遇见）
根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程先执行。
两种类型：
- 非剥夺式（非抢占式）优先级调度算法。当一个进程正在处理上运行时，即使有某个更为重要或紧迫的进程进入就绪队列，仍然让正在进行的进程继续运行，直到由于其自身原因而主动让出处理机（任务完成或等待事件），才把处理机分配给更为重要或紧迫的进程。
- 剥夺式（抢占式）优先级调度算法。当一个进程正在处理机上运行时，若有某个更为重要或紧迫的进程进入就绪队列，则立即暂停正在运行的进程，将处理机分配给更重要或紧迫的进程。
2.进程函数接口
2.1 创建进程fork()
pid_t fork(void);
功能：创建子进程
头文件：
#include <unistd.h>
返回值：
成功：在父进程中：返回子进程的进程号 >0
在子进程中：返回值为0
失败：-1并设置errno
#include <unistd.h>
#include<stdio.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
pid_t pid = fork(); //创建一个子进程
if(pid<0)
{
perror("fork err");
return -1;
}
else if(pid==0) //子进程
{
printf("i am child\n");
while(1); //让子进程不要结束
}
else //父进程
{
printf("i am parent\n");
while(1); //让父进程不要结束
}
return 0;
}
执行： ./a.out
特点：
1）子进程几乎拷贝了父进程的全部内容。包括代码、数据、系统数据段中的pc值、栈中的数据、父进程中打开的文件等；但它们的PID、PPID是不同的。
2）父子进程有独立的地址空间，互不影响；当在相应的进程中改变全局变量、静态变量，都互不影响。
3）若父进程先结束，子进程成为孤儿进程，被init进程收养，子进程变成后台进程。
4）若子进程先结束，父进程如果没有及时回收，子进程变成僵尸进程（要避免僵尸进程产生）
2.2 回收资源
pid_t wait(int *status);
功能：回收子进程资源(阻塞)
头文件：
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>参数：status：子进程退出状态，不接受子进程状态设为NULL
返回值：成功：回收的子进程的进程号
失败：-1
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能：回收子进程资源
参数：
pid：>0 指定子进程进程号
=-1 任意子进程
=0 等待其组ID等于调用进程的组ID的任一子进程
<-1 等待其组ID等于pid的绝对值的任一子进程
status：子进程退出状态，不接受子进程状态设为NULL
options：0：阻塞 WNOHANG：非阻塞
返回值：正常：结束的子进程的进程号
当使用选项WNOHANG且没有子进程结束时：0
出错：-1
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
pid_t pid = fork(); //创建一个子进程
if (pid < 0)
{
perror("fork err");
return -1;
}
else if (pid == 0)
{
printf("i am child\n"); //子进程
//while(1); //让子进程不要结束
sleep(3);
}
else
{
printf("i am parent\n");
//wait(NULL);
//waitpid(-1, NULL, 0); //0代表阻塞,WNOHANG代表非阻塞
while (1)
{
if(waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0)
break;
} //让父进程不要结束
}
return 0;
}
//若父进程先结束，子进程成为孤儿进程，被init进程收养，子进程变成后台进程
//若子进程先结束，父进程如果没有及时回收，子进程变成僵尸进程（要避免僵尸进程产生）
2.3 结束进程
void exit(int status);
功能：结束进程，刷新缓存
void _exit(int status);
功能：结束进程，不刷新缓存
参数数：status是一个整型的参数，可以利用这个参数传递进程结束时的状态。
通常0表示正常结束；
其他的数值表示出现了错误，进程非正常结束
头文件：
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
printf("hello");
//exit(0); //结束进程，刷新缓存
_exit(0); //结束进程，不刷新缓存
while (1);
return 0;
思考：exit和return的区别？
eixt结束的是当前整个进程，return结束的是当前函数。
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int fun()
{
printf("in fun\n");
exit(0); //结束当前进程，所以后面in main不打印了
//return 0; //结束当前函数，后面in main还会打印
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
fun();
printf("in main\n");
return 0;
}
2.4 获取进程号
pid_t getpid(void);
功能：获取当前进程的进程号
pid_t getppid(void);
功能：获取当前进程的父进程号
头文件：
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
pid_t pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork err");
return -1;
}
else if (pid == 0)
{
printf("child: %d %d\n", getpid(), getppid());
while (1);
}
else
{
printf("parent: %d %d\n", pid, getpid());
while (1);
}
return 0;
}3.守护进程
Linux以会话(session)、进程组的方式管理进程，每个进程属于一个进程组，也就是多个进程组成一个进程组。会话是一个或多个进程组的集合，通常用户打开一个终端时，系统会创建一个会话。所有通过该终端运行的进程都属于这个会话。终端关闭时，所有相关进程会被结束。但是守护进程却能突破这种限制，不受终端关闭的影响。
3.1 守护进程特点
守护进程是后台进程;
生命周期比较长，从系统开启时开启，系统关闭时结束;
它是脱离控制终端且周期执行的进程。
3.2 创建步骤
1） 创建子进程，父进程退出
让子进程变成孤儿进程，成为后台进程；fork()
2） 在子进程中创建新会话
让子进程成为会话组组长并且脱离终端：为了让子进程完全脱离终端；setsid()
3） 改变进程运行路径为根目录
原因: 进程运行的路径不能被删除或卸载；chdir("/")
函数说明：chdir() 将进程当前的工作目录改变成以参数路径所指的目录
4） 重设文件权限掩码
目的：增大进程创建文件时权限，提高灵活性；umask(0)
子进程继承了父进程的文件权限掩码，给该子进程使用文件带来一定的影响，因此把文件 权限掩码设置为0，可以增强该守护进程的灵活性。
5） 关闭文件描述符
原因：子进程继承了父进程的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 守护进程访问，但它们一样占用系统资源，而且还可能导致所在的文件系统无法被卸载。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-855381.html
将不需要的文件关闭：close()文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-855381.html
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
pid_t pid = fork();//创建子进程
if (pid < 0)
{
perror("fork err");
return -1;
}
else if (pid == 0)
{
setsid(); //创建新会话
chdir("/"); //改变进程运行路径为根目录
umask(0); //重设文件权限掩码
for (int i = 0; i < 3; i++) //关闭默认打开的文件描述符 0 1 2
close(i);
int fd = open("/home/hq/work/4IO/0415/test.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND,0666);
while (1)
{
write(fd, "hello\n", 6); //每个1s向文件写入一个hello
sleep(1);
}
}
else
{
exit(0);//关闭父进程
}
return 0;
}
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