[Linux] 第 11章 进程与信号

*1 进程的结构，类型和调度。

*2 用不同的方法启动新进程

*3 父进程，子进程和僵尸进程

*4 什么是信号以及如何使用它们。

@1，什么是进程？

进程是由程序代码，数据，变量(占用着系统内存)，打开的文件(文件描述符)和环境组成。

Linux系统会在进程之间共享程序代码和系统函数库。所在在任何时刻内存中都只有代码

的一份副本。

@2，进程的结构

neil rick

$ grep kirk trek.txt $ grep troi nextgen.doc

PID 101 PID 102

代码 ----> grep程序代码 <---- 代码

数据s="kirk" 数据s="troi"

函数库 ----> C语言函数 <----- 函数库

文件 文件

PID 2 ~ 32768

init进程负责管理其他进程。

程序代码是以只读的方式加载到内存中的，虽然不能对这个区域执行写操作，但它可以被多

个进程安全地共享。

@共享函数库带来的另一个优点 ： 包含可执行程序grep的磁盘文件比较小。

因为它不包含共享函数库代码。

@2，并不是程序在运行时，所需要的所有东西都可以被共享。例如：进程使用的变量，进程通过

各自的文件描述符来访问文件。

@3，进程有自己的桟空间，还有自己的环境变量。进程还必须维护自己的程序计数器。

计数器用来记录它执行到的位置。即在执行线程中的位置。

在使用线程时，进程可以有不止一个执行线程。

@4，Linux， 在目录/proc中有一组特殊的文件，这些文件的特殊之处允许你

“窥视”正在运行进程的内部情况。

** 进程表

Linux进程表就像一个数据结构，它把当前加载到内存中的所有进程的有关

信息保存在一个表中，其中包括进程的PID，进程的状态，命令字符串和

其他一些PS命令输出的各类信息。

OS通过进程的PID对它们进行管理，这些PID是进程表的索引。

进程表的长度是有限制的，所以系统能够支持的同时运行的进程数也是有限制的。

ps -ef

启动新进程并等待它们结束的能力是整个系统的基础。

显示出来的进程只表示它是准备好运行，并不表示它正在运行，因为时间片很短。

@3，Linux内核用进程调度器来决定下一个时间片应该分配给哪个进程。

判断依据是进程的优先级。高的运行的更频繁。

抢先式多任务处理，所以进程的挂起和继续运行无需彼此之间的协作。

在一个如Linux这样的多任务系统中，多个程序可能会竞争使用同一资源。

执行短期的突发性工作并暂停运行来等待输入的程序，要比持续占用处理器

不断轮询来查看是否有新的输入到达的程序要更好。

我们称表现良好的程序是nice程序。OS根据进程的nice值来决定它的优先级。

我们可以用nice命令设置进程的nice值，使用renice命令调整它的值。

@4，在某些情况下，只要还有高优先级的进程可以运行，低优先级

的进程就根本不能运行。

*2 启动新进程

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main() {

printf("Running ps with system\n");

system("ps ax");

printf("Done.\n");

exit(0);

}

system()函数用一个shell来启动想要执行的程序，所以可以把这个程序放到后台执行。

@2，创建进程的底层接口exec

使用system函数远非启动其他进程的理想手段，

因为它必须用一个shell来启动需要的程序。

1，替换进程映像

exec 系列函数由一组相关的函数组成，他们在进程的启动方式和

程序参数的表达方式各有不同。

2，复制进程映像

要想让进程同时执行多个函数，我们可以使用线程或者从原程序中创建

一个完全分离的进程，后者就像init的做法一样，而不像exec替换线程

我们可以通过调用fork创建一个新进程。这个系统调用复制当前进程，

在进程表中创建一个新的表项，新表项中的许多属性与当前进程是相同的

。但新进程有自己的数据空间，环境和文件描述符。fork和exec函数结合

在一起使用就是创建新进程所需要的一切。

最初的进程

|

V

fork() --------------------

| |

V V

返回一个新的PID 返回0

| |

V V

原进程继续执行 新进程

父进程中的fork()调用返回的是子进程的PID。子进程中的fork()调用返回的是0.

pid_t new_pid;

new_pid = fork();

switch(new_pid) {

case -1 : // Error

break;

case 0 : // we are child

break;

default : // we are parent

break;

}

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

int main() {

pid_t pid;

char *message;

int n;

printf("fork program starting\n");

pid = fork();

switch(pid) {

case -1 :

perror("fork failed");

exit(1);

case 0 :

message = "This is the child";

n = 5;

break;

default :

message = "This is the parent";

n = 3;

break;

}

for(; n > 0; n--) {

puts(message);

sleep(1);

}

exit(0);

}

hp@ubuntu:~/linux$ ./fork1

fork program starting

7594

This is the parent

0

This is the child

This is the parent

This is the child

This is the parent

This is the child

This is the child

hp@ubuntu:~/linux$ This is the child

3,等待一个进程

当用fork启动一个子进程时，子进程就有了它自己的生命周期并将

独立运行。

wait系统调用将暂停父进程直到它的子进程结束为止。

4，僵尸进程

用fork来创建进程确实很有用，但你必须清楚子进程的运行情况。

子进程终止时，它与父进程之间的关联还会保持，直到父进程也

正常终止或父进程调用wait才告结束。因此，进程表中代表子进程

的表项不会立刻释放。虽然子进程已经不再运行，但它仍然存在于

系统中，因为它的退出码还需要保存起来，以备父进程今后的wait调用

使用。这时它将成为一个死进程或僵尸进程。

5，如果父进程异常终止，子进程就自动把PID为1的进程init作为自己的父进程。

子进程已经是一个不再运行的僵尸进程，但因为其父进程异常终止，所以它由

init接管，僵尸进程将一直保留在进程表中直到被init进程发现并释放。进程表

越大，这一过程越慢，应该尽量避免zombie因为它一直消耗系统资源。

Linux系统中的进程可以互相协作，互相发送消息，互相中断，甚至可以共享内存段

但是他们是自个独立的实体，要想在它们之间共享变量很难。线程程序不好写。

*信号

raise, catch 生成，捕获，响应，忽略。

核心转储文件 core

使用信号并挂起程序的执行是Linux程序设计中一个重要部分。等事发生。。

在只有一个CPU的多用户环境中尤其重要，进程共享着一个处理器，繁忙等待

将对系统效率带来很大的影响。