Linux系统编程-进程及相关指令与函数

目录

一. 进程

1.1 什么是进程

进程：

程序：

1.2 进程的创建过程

1.3 进程的调度

并发：

CPU任务调度算法：

1.4 进程的状态

三态图

Linux进程状态:

二. 进程相关的指令

2.1 ps aux

2.2 ps -ef

2.3 pstree

2.4 kill

2.5 fg

三. 进程控制函数

3.1 fork

3.2 getpid与getppid

3.3 孤儿进程

3.4 僵尸进程

四. 进程的退出与消亡

4.1 进程的退出

4.2 如何避免僵尸进程：

一. 进程

单任务：程序运行起来，只能处理一件事情

多任务：程序运行起来，可以处理多件事情

1.1 什么是进程

进程：

进程：进程就是运行起来的程序，需要分配CPU资源与内存，多进程之间有资源的竞争

进程是一个动态的过程，具有生命周期

进程可以实现并发(多任务)

进程是操作系统分配资源的最小单位

程序：

程序：存放在硬盘的数据指令集合

静态的

程序运行起来可以创建多个进程

1.2 进程的创建过程

在创建进程时，操作系统会为其分配0~4G的虚拟内存地址空间

1.3 进程的调度

总结一句话：宏观并行，微观串行

宏观上多个任务同时进行，微观上多个任务按照一定的顺序执行

并发：

并发：在操作系统中，一个时间段内，有多个进程处于已启动运行到运行结束状态之间，但是同一时间点上，只有一个进程在运行

CPU任务调度算法：

1、时间片轮询

2、先来先服务，后来后服务

3、优先级高者先服务，优先级低者后服务

4、短作业优先

1.4 进程的状态

任何操作系统的进程切换图：

三态图

Linux操作系统的进程切换图：

Linux进程状态:

二. 进程相关的指令

2.1 ps aux

作用：查看操作系统中进程相关的信息

注意：1号进程为init进程，作用：是系统的起点，收养孤儿进程，清理僵尸进程等

2.2 ps -ef

作用：查看进程信息，可以查看进程ID与其父进程ID

2.3 pstree

作用：查看进程间的创建关系 加上选项-p可以显示进程ID

2.4 kill

作用：给指定PID的进程发送指定的信号：kill -信号编号/信号名称 PID

信号：可以使用命令kill -l来查看信号的种类及其信号编号

9号SIGKILL：结束指定的进程

19号SIGSTOP：暂停指定的进程

18号SIGCONT：继续指定的进程

2.5 fg

作用：将指定的进程由后台调至前台

使用方法：fg 进程编号

获取进程编号：指令jobs，作用：获取当前终端的后台进程及其编号

三. 进程控制函数

3.1 fork

关键在于duplicating

作用：创建一个子进程

返回值：>0：表示在父进程中返回子进程的PID

=0：表示当前处于子进程中

<0：出错并且设置errno

注意：1、子进程完全拷贝父进程的0~3G进程地址空间(用户空间：堆区，栈区，文本区，数据区

等)

2、但是对内核区的拷贝不完全，比如PCB中的PID号就不一样，但是又拷贝了文件描述符

3、父子进程之间数据不共享，要想通信就得使用进程间通信方式

可以使用下面一段代码来验证：

//int num = 100;全局变量不共享 int main() { //int num = 300;//局部变量也不共享 int *pnum = malloc(sizeof(int));//堆区资源也不共享 if(pnum == NULL){ perror("malloc()"); return -1; } *pnum = 600; pid_t pid = fork(); if(pid < 0){ perror("fork()"); return -1; } else if(pid > 0){ while(1){ printf("---parent: my pid is %d,my parent pid is %d, num = %d\n", getpid(), getppid(), *pnum); sleep(1); } } else{ //num = 200; *pnum = 900; while(1){ printf("-----child: my pid is %d,my parent pid is %d, num = %d\n", getpid(), getppid(), *pnum); sleep(1); } } return 0; }

这里有一个小栗子：

问下面这个程序总共可以fork出几个进程？

int main() { fork() && fork() || fork(); getchar(); return 0; }

结果：使用pstree -sp 进程ID查看：可以看出总共有五个进程

这里需要注意&&与||操作符的短路效应

表达式1 && 表达式2 || 表达式3 这条语句如果表达式1是假，那么后面是不是就都不执行了？不是这样的：表达式1为假，只能短路掉表达式2，|| 左边整体为假，故表达式3仍要执行。

3.2 getpid与getppid

作用：获取当前进程的pid与当前进程的父进程的pid

3.3 孤儿进程

父进程先于子进程结束，则此子进程成为孤儿进程，则这个子进程的父进程变成了一个系统进程，在早期的操作系统中，孤儿进程直接被1号进程init进程收养，但是init进程的任务繁重，后来又重新封装了一个进程组来回收孤儿进程

孤儿进程的用处：后台的守护进程

可以使用下面的代码来观察孤儿进程：

int main() { pid_t pid = fork(); if(pid > 0){ printf("parent:pid is %d, child is %d\n",getpid(),pid); sleep(10);//父进程10s后死亡，子进程成为孤儿进程 } else if(pid == 0){ while(1){//子进程循环打印 printf("child:pid is %d, parent is %d\n",getpid(),getppid()); sleep(1); } } return 0; }

结果：在父进程结束后，子进程的父进程成为了1495这个进程

3.4 僵尸进程

子进程结束后，父进程没有回收子进程残留在内核空间中的资源(PCB)，导致该子进程变成了僵尸进程。

注：子进程结束后，其用户空间的所有资源默认由操作系统回收，但是内核空间的PCB还残留在内核中，原因：PCB记录了子进程退出的原因，若是正常退出则保存其退出状态，若是异常退出，则保存使其异常退出的原因，比如信号等等，父进程可以调用wait或者waitpid来获取这些信息，然后彻底清除掉这个进程残留的资源。

使用kill -9命令无法使僵尸进程结束，只能将其父进程结束，然后该子进程成为孤儿进程，然后被收养和回收

使用这段代码可以观察到僵尸进程这个状态：

int main() { pid_t pid = fork(); if(pid > 0){ while(1){ printf("parent:pid is %d, child is %d\n",getpid(),pid); sleep(1);//父进程一直在打印，没有回收子进程，则子进程变成僵尸进程 } } else if(pid == 0){ printf("child:pid is %d, parent is %d\n",getpid(),getppid()); sleep(10);//子进程10s后结束 printf("child die\n"); } return 0; }

结果：

10s前：

10s后：可以看到子进程变成了僵尸进程Z+

四. 进程的退出与消亡

4.1 进程的退出

1. 在主函数中return；
2.exit()，库函数，直接结束一个进程,结束前会刷新缓冲区
3._exit(),_Exit()，系统调用，直接结束一个进程,结束前不会刷新缓冲

4.2 如何避免僵尸进程：

1. 子进程结束，由其父进程回收资源空间
2. 让子进程成为一个孤儿进程