进程（Process）

一、概念进程是操作系统资源分配的最小单元文本段、数据段、系统数据段进程就是程序执行的过程包括创建、调度和消亡是活的程序一段数据的集合是死的二、常用命令ps -aux查看操作系统所有进程的相关参数PID进程ID号、创建者、状态、CPU占有率、内存占有率ps -aux | grep a.out ------------筛选出a.out的进程| 管道将前面的输出作为后面的输入grep 字符串查找ps -ef查看操作系统所有进程的相关参数PID、PPID父进程创建新进程的进程是该新进程的父进程子进程创建出来的新进程是子进程PID : Process ID 进程ID号PPID父进程ID号top动态查看进程状态及CPU占有率、内存占有率pstree查看进程间的创建关系族谱图pstree -sp 进程ID查看指定ID的进程的创建关系killkill -信号名称/信号ID PID给PID对应的进程发送一个信号kill -l 查看系统定义出来的信号kill -9 PID 结束一个进程S : 处于可中断睡眠状态的前台进程S: 处于可中断睡眠状态的后台进程T: 处于暂停态的后台进程fgfg 后台进程编号将后台进程调到前台jobs 查看当前后台进程编号三、进程的创建1、进程的内存空间电脑会在硬件层为每个进程准备真实的内存空间在32位操作系统有32根地址线中会为运行过程中的进程开辟0 - 4G虚拟内存空间在64位操作系统有64根地址线中会为运行过程中的进程开辟0 - 8G虚拟内存空间文本段存储代码和指令数据段存储全局变量、静态变量、字符串常量未经初始化变量值为0值在编译时分配空间程序运行时将a.out数据段加载到内存数据段中程序结束回收数据段空间系统数据段栈区操作系统管理区域、存放局部变量、执行到变量定义时分配空间超过变量 作用域回收变量空间未经初始化为随机值堆区程序员管理的区域malloc申请、free释放内核操作系统核心区域用户无法访问负责内存管理、CPU管理、硬件设备管理、进程管理、文件系统管理2、多个进程的存储1. 进程的空间是独立的2. 单核一个CPU在同一时刻只能执行一个任务3. 宏观并行微观串行4. 物理地址空间是独立的虚拟地址空间共用同一份所以多个进程并不是虚拟机地址空间相加四、进程的调度1、宏观并行围观串行多个进程在执行时总的看上去似乎是一起执行的但实际是因为电脑依次处理每个进程时的速度较快导致的该现象例如父子两个进程并不是同时执行的是有先后顺序的谁先谁后不清楚PCBProcess Control Block进程控制块操作系统内核管理进程的核心工具它为进程的创建、执行、切换和终止提供了必要的信息和控制机制MMUMemory Management Unit内存管理单元计算机硬件中的一个重要组件主要负责管理内存访问和虚拟内存与物理内存之间的地址转换2、进程的状态3、CPU调度任务规则一个任务执行完毕后如何选择下一个执行的任务常见进程调度算法a. 先来先执行后来后执行b. 高优先级调度算法c. 时间片轮转调度算法时间片CPU在某个进程任务中执行的一段时间d. 多级队列反馈e. 负载均衡调度算法4、进程相关的函数接口1forkman 2 forkpid_t fork(void);功能创建一个子进程参数缺省返回值成功在父进程中返回创建的子进程的PID在子进程中返回0失败返回-1getpid获取当前进程自己的PID号getppid获取当前进程的父进程的PID号注意1、子进程是父进程的不完全副本会复制父进程的数据区、BSS区、堆区、栈区、参数和环境变量 例一、例二、例三除了以上外还会复制输入输出缓冲区例四。 子进程的代码块和父进程的一样但是执行时从fork()后开始执行。2、父进程结束就会变成孤儿进程孤儿进程会被1号进程init收养例二3.、进程共用3G到4G这1G的内核空间4、但各自进程0到3G用户空间互相独立不能互相通信。5、 进程间不能直接通信要通信需要借助内核空间IPC机制进程的创建图例例一 int mian(void) { pid_t pid; pid fork(); if (-1 pid) { ERR_MSG(fail to fork); return -1; } if (0 pid) //if里边的内容执行完毕子进程结束 { printf(子进程(PID:%d)执行!\n, getpid()); else if (pid 0) //else if里边的内容执行完毕父进程结束 { printf(父进程(PID:%d)执行!\n, getpid()); } printf(都会执行!\n); return 0 }过程结果例二创建一个父进程的2个子进程要求子进程中打印自己的PID及父进程的PID父进程中打印自己的PID及两个子进程的PID父进程先结束子进程成为孤儿进程pid_t pid; pid_t pid1; pid fork(); if (-1 pid) { ERR_MSG(fail to fork); return -1; } if (0 pid) { printf(子进程1 PID:%d PPID:%d\n, getpid(), getppid()); } else if (pid 0) { pid1 fork(); if (-1 pid1) { ERR_MSG(fail to fork); return -1; } if (0 pid1) { printf(子进程2 PID:%d PPID:%d\n, getpid(), getppid()); } else if (pid1 0) { printf(父进程 PID:%d 子进程PID:%d %d\n, getpid(), pid, pid1); } }子进程先结束父进程不结束pid_t pid; pid_t pid1; pid fork(); if (-1 pid) { ERR_MSG(fail to fork); return -1; } if (0 pid) { printf(子进程1 PID:%d PPID:%d\n, getpid(), getppid()); } else if (pid 0) { pid1 fork(); if (-1 pid1) { ERR_MSG(fail to fork); return -1; } if (0 pid1) { printf(子进程2 PID:%d PPID:%d\n, getpid(), getppid()); } else if (pid1 0) { printf(父进程 PID:%d 子进程PID:%d %d\n, getpid(), pid, pid1); } } while (1) { }例三/***********************公用虚拟地址硬盘中的真实地址不同***********************/ pid_t pid; int *p NULL; int num 100; p malloc(4); if (NULL p) { ERR_MSG(fail to malloc); return -1; } pid fork(); if (-1 pid) { ERR_MSG(fail to fork); return -1; } if (0 pid) { *p 100; num 200; printf(*p %d, p %pnum %d\n, *p, pnum); //num200因为进程的真实空间是独立的 } else if (pid 0) { sleep(5); printf(*p %d, p %pnum %d\n, *p, p); //打印出的地址与上步打印的相同因为公用一个虚拟空间num100因为进程的真实空间是独立的 // 此时打印的地址为虚拟地址 }例四pid_t pid; //printf 标准输出流stdout库函数 printf(hello world\n); //加\n后缓存区会刷新所以在父进程中会打印子进程中不会打印 printf(hello world); //不加\n缓存区不会刷新所以在父子进程会都打印 pid fork(); if (-1 pid) { ERR_MSG(fail to fork); return -1; } if (0 pid) { sleep(1); } else if (pid 0) { sleep(5); }2exitman 3 exitvoid exit(int status);功能刷新缓存区并让进程结束参数status程序退出时的状态码。通常0表示程序正常退出非0值表示程序异常退出返回值缺省man 2 _exitvoid _exit(int status);功能进程直接结束参数status:进程结束的状态返回值缺省#include stdio.h #include sys/types.h #include unistd.h #include stdlib.h int main(void) { pid_t pid fork(); printf(pid %d\n, pid); if (pid 0) { printf(This is father process, myid %d, son pid %d, num %d\n, getpid(), pid, num); sleep(1); exit(0); } else if (0 pid) { printf(This is son process, myid %d, father pid %d, num %d\n, getpid(), getppid(), num); sleep(1); exit(0); } else { perror(fork error); } return 0; }3exec函数族#include unistd.hextern char **environ;int execl(const char *path, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);int execle(const char *path, const char *arg, ... /*, (char *) NULL, char * const envp[] */);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[]);功能利用该进程空间执行另一份代码执行完毕后不会再次返回该进程空间以以下字母结尾的函数的含义l:参数以列表形式传递v:参数以指针数组形式传递p:在系统环境变量中找到path在path对应的路径下找文件e:执行新代码时更新环境变量注意forkexec用来启动一个新的软件/系统应用l:参数以列表形式传递int execl(const char *path, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);/*************mian.c文件中的代码***************/ int mian(int argc,const char* argv) { printf(exec上面! PID:%d\n, getpid()); /* (./hello, ./hello, NULL) 第一个参数是执行谁第二个参数是对执行对象的传参一般都是传自己的名字还可以有第三个或者更多的参数但必须以NULL结尾代表结束了 */ execl(./hello, ./hello, NULL); //开始执行名为hello的可知执行文件 ERR_MSG(fail to execl); printf(看到我就表示execl失败了\n); } /************hello.c文件中的代码**************/ int main(int argcc,char* argv) { printf(hello\n); //这里使用gcc hello.c -o hello,生成名为hello的可执行文件 }代码执行结果v:参数以指针数组形式传递int execv(const char *path, char *const argv[]);/*******************min.c文件********************/ int mian(int argc,const char* argv) { char *parg[5] { ./hello, world, thank, you, NULL, }; printf(exec上面! PID:%d\n, getpid()); // execl(./hello, ./hello, world, thank, you, NULL); execv(./hello, parg); //parg的展开形式就是上一行的样子 ERR_MSG(fail to execl); printf(看到我就表示execl失败了\n); } /*******************hello.c文件*****************/ { int i 0; printf(hello world! PID:%d\n, getpid()); for (i 0; i argc; i) { printf(argv[%d] %s\n, i, argv[i]); //打印来自mian.c文件中传过来的参数 } }代码执行结果p:在系统环境变量中找到path在path对应的路径下找文件int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);#include stdio.h #include public.h extern char **environ; int main(int argc, const char **argv) { int i 0; pid_t pid; printf(system上面!\n); #if 0 //打印环境变量 printf(\n); for (i 0; environ[i] ! NULL; i) { printf(%s\n, environ[i]); } printf(\n); #endif // system(ls -l); //不用在终端处输入ls -l就可实现ls -l指令 pid fork(); if (-1 pid) { ERR_MSG(fail to fork); return -1; } if (0 pid) { execlp(ls, ls, -l, NULL); //在系统环境变量中找到path在path对应的路径下找文件到ls文件以执行ls -l指令 } else if (pid 0) { wait(NULL); //等待子进程执行结束后 回收子进程空间 printf(system下面!\n); } return 0; }代码执行结果五、进程的消亡1、僵尸进程1. 什么是僵尸进程进程执行结束空间没有被回收就会成为僵尸进程2. 如何避免产生僵尸进程让父进程先结束子进程会成为孤儿进程被init进程收养子进程结束时init进程会自动回收子进程空间子进程结束父进程回收子进程空间使用wait或者waitpid回收子进程空间2、进程回收函数接口当一个进程结束时操作系统会回收其占用的所有资源如内存、文件描述符等。如果父进程先于子进程结束子进程会成为孤儿进程并被init进程PID 为 1接管最终由init进程回收其资源。如果子进程先于父进程结束父进程需要通过wait()或waitpid()系统调用来回收子进程的资源。如果父进程没有调用这些函数子进程会成为僵尸进程直到父进程结束。1waitman 2 waitpid_t wait(int *wstatus);功能子进程执行结束后回收一个进程空间父进程有多个子进程则一个wait会回收掉最先结束的那个子进程空间参数wstatus存放进程结束状态的空间的首地址即是把exit函数中参数status的值存放到首地址为wstatus的空间中返回值成功返回回收到的子进程的PID失败返回-1WIFEXITED(wstatus)子进程是否正常结束代码执行完毕或者使用exit函数结束进程返回0或1WEXITSTATUS(wstatus)子进程结束的状态该函数会得到exit函数中的参数statusWIFSIGNALED(wstatus)是否被信号杀死使用kill -9 PID号代表被9号信号杀死返回0或1WTERMSIG(wstatus)获得杀死进程信号的编号注意1.wait具有阻塞功能子进程不结束父进程会一直等待直到子进程结束父进程再用wait回收子进程空间2.wait只会回收一个子进程空间那个先结束就回收掉那个3.wait具有同步的功能即wait后边的代码要等到子进程结束之后才会执行#include stdio.h #include public.h int main(int argc, const char **argv) { pid_t pid; pid_t ret; int status; pid fork(); if (-1 pid) { ERR_MSG(fail to fork); return -1; } if (0 pid) { printf(子进程(PID:%d)开始执行\n, getpid()); sleep(10); exit(10); } else if (pid 0) { printf(父进程(PID:%d)开始执行\n, getpid()); ret wait(status); printf(回收到子进程(PID:%d)空间了\n, ret); if (WIFEXITED(status)) { printf(正常结束,值%d\n, WEXITSTATUS(status)); } else if (WIFSIGNALED(status)) { printf(被 %d 号信号杀死\n, WTERMSIG(status)); } } return 0; }2waitpidman 2 waitpidpid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);功能回收某个指定的子进程空间参数pid要回收的进程空间的ID号-1 回收任意一个子进程空间wstatus存放子进程结束状态空间首地址options0 阻塞回收WNOHANG 非阻塞回收返回值成功返回回收到子进程的PID失败返回-1如果没有回收到子进程空间返回0#include stdio.h #include public.h int main(int argc, const char **argv) { pid_t pid; pid_t ret; int status; pid fork(); if (-1 pid) { ERR_MSG(fail to fork); return -1; } if (0 pid) { printf(子进程(PID:%d)开始执行\n, getpid()); sleep(10); exit(10); } else if (pid 0) { printf(父进程(PID:%d)开始执行\n, getpid()); // ret wait(status); while (1) { ret waitpid(pid, status, WNOHANG); if (0 ret) { printf(子进程还没结束!\n); sleep(1); } else if (ret 0) { printf(回收到子进程(PID:%d)空间了\n, ret); if (WIFEXITED(status)) { printf(正常结束,值%d\n, WEXITSTATUS(status)); } else if (WIFSIGNALED(status)) { printf(被 %d 号信号杀死\n, WTERMSIG(status)); } break; } } } return 0; }