进程控制理论<一>---基本概念和进程建立

该文章转载于/article/8096635.html,同时增加自己理解及验证，在此先感谢这位大哥。

一、进程基本概念

1、进程是一个具有独立功能的程序的一次运行活动。

特点：

(1) 动态性；（程序是一段静止的代码，当运行时才能形成进程）

(2) 并发性；（两个进程同时进行）

(3) 独立性；（两个进程互不干扰）

(4) 异步性；（两个进程相互之间没有通信）

2、三态



状态：

刚把进程运行起来后，处于就绪态，通过进程调度进程处于执行态，假如要访问串口，但串口刚好被别的进程使用，这是导致对串口的访问无法继续，则处于阻塞态；当别的进程释放串口后，从执行太变回就绪态

3、进程ID:

进程ID（PID）：标志进程的唯一数字

父进程的ID（PPID）

启动进程的用户ID(UID)

4、进程互斥：

进程互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多允许一个进程使用，其他要使用该资源的进程必须等待，直到占用该资源者释放了该资源为止。（比喻：三个人排队用一个共用的碗吃饭；或写进程和读进程共用一个管道，一次只能一个进程用）

5、临界资源：

操作系统中将一次只允许一个进程访问资源为临界资源。

临界区：

进程中访问临界资源的那段程序代码称为临界区。为实现对临界资源的互斥访问，应该保证诸进程互斥地进入各自的临界区。

6、进程同步：

一组并发进程按一定的顺序执行的过程为进程间的同步。具有同步关系的一组并发进程称为合作进程，合作进程间互相发送的信号称为消息或事件。（比喻：生产者和消费者）

7、进程调度：

概念：按一定算法，从一组待运行的进程中选出一个来占有CPU运行。（就绪态到执行态，会用到调度）

调度方式：

(1)抢占式

(2)非抢占式

调度算法：

(1) 先来先服务调度算法 （先就绪的进程先运行）

(2) 短进程优先调度算法（从就绪态找一个执行时间比较短的进程）

(3) 高优先级优先调度算法（执行顺序由优先级高---->低的进程）

(4) 时间片轮转法（每个进程按照时间片依次占有CPU，直到全部执行完毕）

8、死锁：

多个进程因竞争资源而形成一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。

（B占用着笔（资源），A也想用笔，但B死活不给一直占用着；A占用着练习本，B也想用练习本才能在上面画东西，两者都不放。。。没法完成各自的工作的僵持状态）

（解决方法：把两个资源放在一块）

二、进程控制编程

2.1基本函数

获取ID

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

(1) pid_t getpid(void)

获取本进程ID。

(2)pid_t getppid(void)

获取父进程ID

进程创建---fork或vfork

#include <unistd.h>

pid_t fork(void) 或pid_t Vfork(void)

（调用成功则把进程分支）

2.2 函数功能说明

1、功能：创建子进程

fork的奇妙之处在于它被调用一次，却返回两次，它可能有三种不同的返回值：

(1) 在父进程中，fork返回新创建的子进程的PID;

(2) 在子进程中，fork返回0；

(3) 如果出现错误，fork返回一个负值；

/**********************************************************
*实验要求：   在程序中创建一个子进程，分别在父进程和子进程中打印进程ID。
*
*功能描述：   使用fork函数创建子进程，并在父子进程中，分别打印出自己的
*           进程id号。
*日    期：   2010-9-17
*作    者：   国嵌
**********************************************************/
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <math.h>

/*
* 程序入口
* */
int main(void)
{
pid_t child;
/* 创建子进程 */
if((child=fork())==-1)
{
printf("Fork Error : %s\n", strerror(errno));
exit(1);
}
else
{
if(child==0) // 子进程
{
printf("I am the child: %d\n", getpid());
exit(0);
}
else          //父进程
{
printf("I am the father:%d\n",getpid());
return 0;
}
}
}

运行结果：I am the father:28457

I am the child:28458





小结：

1、在pid=fork()之前，只有一个进程在执行，但在这条语句执行之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的共享代码段，将要执行的下一条语句都是if(pid==0)。两个进程中，原来就存在的那个进程被称作“父进程”，新出现的那个进程被叫做“子进程”，父子进程的区别在于进程标识符（PID）不同。

2、子进程的数据空间、堆栈空间都会从父进程得到一个拷贝，而不是共享。（通过下面程序验证）

验证数据和堆栈空间不是共享：

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

int main(void)

{
pid_t pid;

int count=0;

pid=fork();

count++;

printf("count=%d\n",count);

return 0;

}

思考运行结果：？

输出： count=1

count=1

Count++ 被父进程、子进程一共执行两次，为什么count的第二次输出为什么不为2？

答：子进程除了代码段是和父进程共享的之外，其他都不是共享的，子进程的数据空间、堆栈空间都会从父进程得到一个拷贝，而不是共享。在子进程中对count进行加1的操作，并没有影响到父进程中的count值，父进程中的count值仍然为0.

2、进程创建-vfork

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

pid_t vfork(void)

功能：创建子进程

3、fork PK vfork

区别：

(1) fork：子进程是拷贝父进程的数据段 vfork：子进程与父进程共享数据段

(2) fork :父、子进程的执行次序不确定 vfork:子进程先运行，父进程后运行

验证vfork（）创建进程

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

void main(void)
{
pid_t pid;
int count=0;
pid=vfork();
count++;
if( 0 == pid)//子进程
{
printf("child count=%d\n",count);
printf("i am the child process, ID is %d\n",getpid());
}
else//父进程
{
printf("father count=%d\n",count);
printf("i am the parent process ,ID is %d\n",getpid());
}
}

运行结果：

child count=1

i am the child process, ID is15562

father count=2

i am the parent process ,ID is 15561

由运行结果可验证，1、执行顺序是：先执行子进程后父进程；2、count作为子进程和父进程共享的数据段

4、exec函数族

exec用被执行的程序替换调用它的程序。

exec函数族的意义：通常执行exec程序，代替手动输入命名，便于程序整体运行。（个人见解，仅供参考）

区别： fork创建一个新的进程，产生一个新的PID。

exec启动一个新的程序，替换原有的进程，因此进程的PID不会改变。

exec函数族：

(1)execl函数（l:希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志）

#include <unistd.h>

int execl (const char *path ,const char *arg1,….)

参数：

Path :被执行程序名（含完整路径）

arg1 ~ arg n:被执行程序所需的命令行参数，含程序名。以空指针（NULL）结束。

例程：

#include <unistd.h>

main ()

{

execl(“/bin/ls”,”ls”,”-al”, “/etc/passwd”, (char *)0);

}

程序的路径名“/bin/ls”

命令行参数 ls -al /etc/passwd

最后没有命令行参数, (char *)0表示结束

通过在ubuntu实际运行如下：






(2)execlp函数（p:可以利用DOS的PATH变量查找子程序文件）

#include <unistd.h>

Int execlp (const char *path,const char *arg1,….)

例程：

#include <unistd.h>

main ()

{

execlp(“ls”,”ls”,”-al”, “/etc/passwd”, (char *)0);

}

参数：

Path :被执行程序名（不含路径，将从path环境变量中查找该程序）

arg1~ arg n :被执行程序所需要的命令行参数，含程序名。以空指针（NULL）结束。

测试详情如下：

#include <unistd.h>

main ()

{

Execlp (“ls”,”ls”,”-al” ,”/etc/passwd”,(char*)0);

}

(3) execv函数（v:希望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针）

#include <unistd.h>

int execv (const char *path ,char *const argv[]);

参数：

path :被执行程序名（含完整路径）

argv []:被执行程序所需的命令行参数数组。（argv[]是字符串数组）

#include <unistd.h>

Main()

{

char *argv[]={“ls”,”-al”,”/etc/passwd”,(char*)0};

execv(“/bin/ls”,argv);

}

(4) system函数

#include <stdlib.h>

int system (const char * string)

功能：

调用fork产生子进程，由子进程来调用/bin/sh -c
string来执行参数string所代表的命令。

system与exec函数区别：

1、system调用fork产生新的子进程

2、exec函数替换原有的进程，不产生新的子进程

例程

#include <stdlib.h>

void  main ()

{

system (“ls  -al  /etc/passwd”);

}

测试结果

5、进程等待

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

pid_t wait (int *status)

功能：

阻塞该进程，直到其某个子进程退出。

参数：status--接收子进程结束返回值的参数，如果不关心子进程的返回值，status可以填null。

返回值：如果执行成功则返回子进程识别码（PID），如果有错误发生则返回-1.失败原因存于error中。

源码

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <math.h>

/*
* 程序入口
* */
int main(void)
{
pid_t child;

/* 创建子进程 */
if((child=fork())==-1)
{
printf("Fork Error : %s\n", strerror(errno));
exit(1);
}
else
{
if(child==0) // 子进程
{
printf("the child process is run\n");
sleep(1);  //子进程睡眠一秒，但并没有去运行父进程
printf("I am the child: %d\n", getpid());
exit(0);
}
else        //父进程
{
wait(NULL); //等到子进程退出，父进程才会运行
printf("the father process is run\n");
printf("I am the father:%d\n",getpid());
return 0;
}
}
}

测试结果
the child process is run

I am the child: 16124

the father process is run

I am the father:16123

执行过程：fork创建子进程后，
1、子进程执行休眠1s
2、父进程执行wait等待子进程执行结束命令
3、子进程结束休眠，输出并退出
4、父进程退出wait，执行输出