Linux操作系统-进程和信号(2)

Linux操作系统－进程和信号(2)

分类：Linux环境编程

进程的标识

  有一些函数可以返回进程的标识符

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t    getpid(void);     //返回调用进程的进程ID
pid_t    getppid(void);    //返回调用进程的父进程
uid_t    getuid(void);     //返回调用进程的实际用户ID
uid_t    geteuid(void);    //返回调用进程的有效用户ID
gid_t    getgid(void);     //返回调用进程的实际组ID
git_t    getegid(void);    //返回调用进程的有效组ID

进程的状态

运行状态：指正在CPU中运行或者就绪的状态，包括：内核运行态，用户运行态，就绪态。Linux内核并不对此三种状态进行区分

可中断睡眠状态：当进程处于可中断等待状态时，系统不会调度该进程执行。当系统产生一个中断或者释放了进程正在等待的资源，或者进程收到一个信号，都可以唤醒进程转换到就绪状态

不可中断睡眠状态：不可中断，指的不是CPU不响应外部硬件中断，而是指进程不响应异步信号。处于该状态的进程不响应信号，只有使用wake_up()函数明确唤醒才能转换到就绪状态。该状态被设计用于保护内核的某些流程不被打断，或者在进行某些I/O操作时避免进程与设备交互的过程中被打断，造成设备陷入不可控状态。

暂停状态：当进程收到信号SIGSTOP，SIGTSTP，SIGTTIN或SIGTTOU时就会进入暂停状态。可向其发送SIGCONT信号让进程转换到可运行状态。

僵死状态(TASK_ZOMBIE)：当进程已停止运行，但其父进程还没有询问其状态时，则该进程处于僵死状态

  常见的状态字符有：

STAT字符	说明
S	睡眠。通常是在等待某个事件的发生
R	运行／可运行，即在运行队列中，处于正在运行或即将运行状态
D	不可中断的睡眠(等待，不响应异步信号)。通常是在等待输入或输出完成
T	停止
Z	僵尸进程
N	低优先级任务
s	进程是回话期首进程
+	进程属于前台进程组
l	进程是多线程的
<	高优先级任务

进程的控制

system函数

  在进程中执行另一个程序的一个简单方法是调用标准库函数system，原型如下：

#include <stdlib.h>
int system(const char *command);

  解释：system函数运行command命令并等待该命令完成，

本质是（执行“/bin/sh -c command”）。system函数调用成功时返回相应命令的退出状态码，如果无法启动shell则返回１２７，发生其它错误时返回-1

注意：使用system函数并非启动其它进程的理想手段，因其必须启动一个shell，再使用shell执行相应的命令。下面有一个小例子：

//command.c
#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
printf("这条命令是由调用system函数执行的。\n");

return 0;
}

  将该段代码编译成command可执行文件。

//system.c
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
printf("接下来将要调用system函数来执行一个名为command的命令。\n");

system("./command");

printf("Done.\n");

return 0;
}

  编译运行

biantiao@lazybone1994-ThinkPad-E430:~/Linux$ gcc -o system system.c
biantiao@lazybone1994-ThinkPad-E430:~/Linux$ ./system
接下来将要调用system函数来执行一个名为command的命令。
这条命令是由调用system函数执行的。
Done.
biantiao@lazybone1994-ThinkPad-E430:~/Linux$

exec函数

  调用exec系列函数可以执行另外一个程序。这些函数的原型如下：

#include <unistd.h>
extern char **evniron;
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(cosnt char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);
int execv(const char *path, const char *argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[]);
int execve(cosnt char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

  解释：当一个进程调用一种exec函数时，该进程将完全由新程序替换当前进程的正文，数据，堆和栈段，所以调用exec前后进程ID并未改变。

  exec系列函数各参数和返回值的含义如下

- path：待运行的程序全路径名

- file：待运行的程序名，通过PATH环境变量搜索其路径

- arg：命令参数

- …：可选的一到多个命令参数，要求最后一个必须是NULL

- argv：命令参数指针数组

- envp：传递给待运行程序的环境变量指针数组

- 返回值：成功时不返回，出错时返回-1

  这几个函数之间的区别

  函数名包含字母p（表示path)的execlp, execvp和execvpe函数取文件名file作为第一个参数，其它函数则取路径名path作为第一个参数。当指定ｆｉｌｅ作为参数时：如果ｆｉｌｅ中包含/，则就将其视为路径名，否则就按PATH环境变量的设定，在相关目录中搜寻可执行文件。

  函数名字中包含字母l的execl，execlp和execle要求将新程序的每个命令行参数都作为一个单独的参数，然后在最后一个参数后附加一个空指针参数结尾。

  函数名中包含字母v的另外三个函数execv，execvp和execve则要求先构造一个指向各参数的指针数组，数组的最后一个元素也必须是空指针，然后以该数组地址作为这三个函数的参数。

  函数以字母e结尾的三个函数execle，execvpe和execve可以传递一个指向环境字符串指针数组的指针，该指针数组也必须以空指针作为最后一个元素

fork函数

  一个现存进程创建一个新进程的唯一方法是调用fork或vfork函数

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

  由fork创建的新进程被称为子进程。该函数被调用一次，但返回两次。两次返回的区别是子进程的返回值是０，而父进程的返回值是子进程的PID。

  在调用fork之后，子进程和父进程继续执行fork之后的指令。

  一般来说，在fork之后是父进程先执行还是子进程先执行是不确定的，父进程和子进程是完全独立运行的。如果父，子进程之间相互同步，则要求采用某种形式的进程之间的通信机制。

  子进程是父进程的复制品。例如：子进程获得父进程数据空间，堆和栈的复制品。注意，这是子进程所拥有的拷贝，父子进程并不共享这些储存空间。如果正文段是只读的，则父，子进程共享正文段。

  Linux下的fork函数并不对父进程的数据段，堆和栈进行完全拷贝，而是使用了写时复制的技术，让父，子进程共享这些区域，而且内核将它们的存取许可权变为只读的。当有进程试图修改这些区域时，才由内核为有关部分做一个拷贝。

  fork函数有以下两种用法

- 一个父进程希望复制自己，使父，子进程执行不同的代码段。这在网络服务进程中是常见的——父进程等待委托者的服务请求，当请求达到时，父进程调用fork，使子进程处理此请求，父进程则继续等待下一个服务请求。

- 一个进程要执行一个不同的程序，这对shell是常见的。在这种情况下，子进程在从fork返回后立即调用exec。当然了，子进程在fork和exec之间可以更改自己的属性。

vfork函数

  vfork函数与fork函数最大的一个区别是，vfork函数创建子进程后会阻塞父进程，其原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t vfork(void);

  vfork和fork一样都创建一个子进程，但是它并不会将父进程的地址空间完全复制到子进程中，因为子进程会立即调用exec或exit，于是也就不会访问该地址空间。但在子进程调用exec或exit之前，它在父进程的空间中运行。

  vfork和fork之间的另一个区别是：vfork保证子进程先运行，在子进程调用exec或exit之后父进程才可能被调度运行

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

int main(void)
{
pid_t pid;      /* 用于保存PID */
char *message;  /* 用于保存消息字符串 */
int n = 2;      /* 技术变量 */

printf("fork program starting\n");
pid = vfork();  /* 创建子进程 */
switch (pid){
case -1:
perror("fork failed.\n");
exit(1);
case 0:
message = "This is the child.";
n = 5;
break;
default:
message = "This is the parent.";
n++;
break;
}

for (; n > 0; n--){
puts(message);
sleep(1);
}

exit(0);
}

进程的终止状态

  对于正常终止的情况，传向exit或 _exit的参数，或main函数的返回值，指明了它们的退出状态，内核以该“退出状态”作为进程的“终止状态”。在异常终止的情况下，内核（不是进程本身）会产生一个指示其异常终止原因的终止状态（termination status）。终止进程的父进程可使用wait或waitpid函数取得其终止状态。

  如果父进程在子进程之前终止，则它们的父进程都将改为init进程，这种处理方法保证每一个进程都有父进程。

  如果子进程在父进程之前终止，那么父进程如何得到子进程的终止状态呢？答案是，当进程终止的时候，内核并未马上释放其进程控制块（PCB),而是在其中保留了一定量的信息，所以当终止进程的父进程调用wait或waitpid时，可以得到这些信息。这些信息至少包括进程ID,该进程的终止状态，以及该进程使用的CPU时间总量。

  一个已经终止，但是其父进程尚未对其进行善后处理（获取终止子进程的有关信息，释放它扔占用的资源）的进程被称为僵尸进程（zombie）

wait和waitpid函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

  wait函数等待任一子进程的结束，waitpid函数则可等待指定的子进程的结束。

  在父进程中调用wait或者waitpid可能发生如下情况：

- 阻塞（如果其所有子进程都还在运行）

- 带子进程的终止状态立即返回

- 出错立即返回（如果它没有子进程）

  当一个进程终止时，内核会向其父进程发送SIGCHLD信号。父进程默认处理是忽略该信号，但也可以设置一个信号发生时即被调用的回调函数以捕获该信号。如果父进程在捕获SIGCHLD信号的回调函数中调用wait，则可期望wait会立即返回。但是在一个任意时刻调用wait，则进程可能会阻塞