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嵌入式Day25--多任务并发

news 2026/6/7 0:06:19

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，可以同时处理多件事情

1.进程

什么是进程

进程：正在执行的程序，执行过程中需要消耗CPU和内存。进程是操作系统资源分配的最小单位。

程序：

存放在硬盘的数据指令集合
静态的
程序运行起来时，可以创建出多个进程

进程：

进程是一个正在执行的程序，在内存中执行指令
进程是一个动态的过程，具备一定的生命周期
进程可以实现并发（多任务）
执行过程中需要消耗CPU和内存，多进程间存在资源竞争

创建进程

进程在被创建的时候，操作系统需要为其分配0-4G的虚拟内存空间。

进程的调度

宏观并行：从宏观角度，多个任务同时执行
微观串行：微观角度，多个任务按照一定顺序先后执行

CPU任务调度算法：

时间片轮转法
先来先服务，后来后服务
优先级算法：高优先级先执行，低优先级后执行
短作业优先算法

进程的状态

任何操作系统进程状态切换图：三态图

Linux操作系统进程状态切换：

Linux进程状态: 1.运行态(用户运行态、内核运行态) R 正在执行,且被CPU任务调度所执行的进程 2.就绪态 R 正在执行,没有CPU任务调度执行的进程（只缺少cpu） 3.可唤醒等待态 S 也称为睡眠态,阻塞等待资源的进程 4.不可唤醒等待态 D 不想被CPU任务调度所打断的进程任务可以设置为不可唤醒等待态 5.暂停态 T 被暂停执行的进程 6.僵尸态 Z 进程执行结束,空间没有被回收 7.结束态 X 进程执行结束,空间被回收

进程的退出和消亡：

进程执行结束，需要对进程对应的资源空间进行回收，否则，该进程进入僵尸态。

进程相关的命令

1. ps -aux 查看当前操作系统中的进程相关信息 USER PID（进程ID号） ps -aux | grep a.out | （管道） ：将前面的命令的输出作为后面命令的输入 grep ： 查找后面的字符串对应的信息 2. top 动态查看进程的相关参数：侧重于CPU和内存占有率 3. ps -ef 产看进程的父进程ID号 父进程：产生子进程的进程叫父进程 子进程：父进程产生的新进程称为该父进程的子进程 4. pstree 查看进程的族谱关系 pstree -sp PID 查看指定进程的族谱关系 5. kill 给进程发送一个信号 kill -信号的ID/信号名称 PID kill -9 PID ---》结束PID对应的进程 kill -19 PID ---》让进程进入到暂停态 kill -18 PID ---》让进程继续运行 6 .jobs 查看当前终端的后台进程及编号 7.fg 编号 将一个后台进程调到前台

进程相关函数

fork函数（创建进程）

pid_t fork(void); 功能：创建新进程 返回值： 成功：父进程中返回子进程的PID号 子进程中返回0 失败：-1

子进程在创建时，完全拷贝父进程0-3G的虚拟内存空间，包括文本区，数据区，堆区，栈区
拷贝内核空间中进程控制块（PCB）的部分内容，PID号不拷贝
父进程和子进程用户空间独立，数据不能共享，要想共享数据，需要使用进程间通信的方法

//此处介绍两个函数 pid_t getpid(void); 功能：获取当前进程的PID号 pid_t getppid(void); 功能：获取当前进程的父进程的PID号（PPID）

进程的消亡

进程退出：

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

回收进程空间：

僵尸进程：子进程结束后，父进程没有回收子进程的资源空间，此时，该子进程成为僵尸进程。

如何避免僵尸进程：

子进程结束，由其父进程回收资源空间
让子进程成为一个孤儿进程

孤儿进程：父进程先结束，其父进程创建的子进程成为孤儿进程，将会被系统进程收养，结束时由系统进程回收。

比如：守护进程

进程空间回收策略：

对于一直处于运行状态，不会结束的进程不需要回收
进程在执行有结束的情况时回收

进程资源空间回收

wait函数

pid_t wait(int *wstatus); 功能：阻塞等待回收僵尸态进程 参数： wstatus：保存回收的子进程的退出状态 返回值： 成功：返回回收到的子进程的ID 失败：-1 WIFEXITED(wstatus) 是不是正常结束 WEXITSTATUS(wstatus) 使用这个宏去拿exit结束状态 WIFSIGNALED(wstatus) 是不是收到了信号而终止的 WTERMSIG(wstatus)如果是信号终止的，那么是几号信号。

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> int main(int argc, char **argv) { pid_t pid = fork(); if (pid > 0) { int wstatus; // pid_t wpid=wait(NULL); pid_t wpid = wait(&wstatus); printf("wpid is %d\n", wpid); if (WIFEXITED(wstatus)) { printf("child terminated normally,state is %d\n", WEXITSTATUS(wstatus)); } else if (WIFSIGNALED(wstatus)) { printf("child process was terminated by a signal,signum is %d\n", WTERMSIG(wstatus)); } while (1) { printf("Father pid is %d\n", getpid()); sleep(1); } } else if (0 == pid) { int num = 20; while (1) { if (0 == num--) { exit(1); } printf("Son pid is %d\n", getpid()); sleep(1); } } else { perror("fork error\n"); } return 0; }

waitpid函数

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); 功能：回收指定进程的资源 和wait功能相似，比wait更灵活 参数： pid： <-1 回收指定进程组内的任意子进程 （-100.等待GID=100的进程组中的任意子进程） -1 回收任意子进程，组内外 0 回收和当前调用waitpid一个组的所有子进程，组内 > 0 回收指定ID的子进程 status 子进程退出时候的状态， 如果不关注退出状态用NULL； options 选项： 0 表示回收过程会阻塞等待 WNOHANG 表示非阻塞模式回收资源。 返回值： 成功 返回接收资源的子进程pid 失败 -1 设定为非阻塞且没有回收到子进程返回0 waitpid(0,&status,0) //默认阻塞 ==wait(&status); waitpid(0,&status,WNOHANG)； // 非阻塞方式 注意：使用waitpid以非阻塞方式回收时，要搭配轮询方式实现。

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <unistd.h> int main(int argc, char **argv) { pid_t pid = fork(); if (pid > 0) { int wstatus; while (1) { pid_t wpid = waitpid(pid, &wstatus, WNOHANG); printf("wpid is %d\n", wpid); if (wpid > 0) { if (WIFEXITED(wstatus)) { printf("child terminated normally,state is %d\n", WEXITSTATUS(wstatus)); } else if (WIFSIGNALED(wstatus)) { printf("child process was terminated by a signal,signum is %d\n", WTERMSIG(wstatus)); } } printf("Father pid is %d\n", getpid()); sleep(1); } } else if (0 == pid) { int num = 5; while (1) { if (0 == num--) { exit(1); } printf("Son pid is %d\n", getpid()); sleep(1); } } else { perror("fork error\n"); } return 0; }

exec函数族

功能：在一个进程中执行另外一个文件 int execl(const char *path, const char *arg, ... /* (char *) NULL */); 功能：可以执行任意可执行文件 参数： path：要执行的文件的路径和名称 arg：执行该文件需要的参数 int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char *) NULL */); 功能：执行环境变量保存的系统路径下的可执行文件 参数： file：需要执行的文件的名称 arg：执行该文件需要的参数 int execle(const char *path, const char *arg, ... /*, (char *) NULL, char * const envp[] */); int execv(const char *path, char *const argv[]); 功能：可以执行任意可执行文件 参数： path：要执行的文件的路径和名称 argv：执行该文件需要的参数存放的指针数组 int execvp(const char *file, char *const argv[]); int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]); l ： list-----》列表 "ls", "-l" v : vector---->容器（数组） p ：path ----》路径 exec会自动从PATH环境变量所保存的路径下去寻找 e ：env ----》环境变量 env ： 查看系统中的环境变量 whereis 二进制/库 查看二进制。库对应的位置

exec原理：当执行exec时，系统将要执行的文件和进程中文本区的指令数据进行替换

#include "head.h" int main(int argc, char **argv) { printf("pid is %d\n",getpid()); //execl("./hello","./hello",NULL); //execl("/bin/ls","ls","-l",NULL); //execl("/bin/touch","touch","aaa",NULL); char* arg[]={"ls","-l",NULL}; //execv("/bin/ls",arg); //execvp("ls",arg); execlp("cp","cp","./hello.c","2.txt",NULL); //printf("after execl\n");//并没有执行 return 0; }

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