linux进程相关函数(获取、销毁、切换···)

进程概述

进程：就是进行中的程序
程序：存放指令的程序文件，存放在磁盘上，固定不变的，保存着指令的有序集合。
程序执行过程：将程序从硬盘导入到内存，内存上分为代码区、静态变量区、堆栈区等等
文本区：储存处理器执行的代码
数据区：存储变量和动态分配的内存：全局变量，局部变量，静态变量，
堆栈区：存储着活动进程调用的指令和本地变量，指针变量->栈区,动态分配的内存->堆区
进程为程序执行提供各种各样的条件，程序需要各种各样操作，磁盘操作、网络操作等等。需要各种管理，这种动态的管理行为就可以通俗的称之为进程。所谓程序开始活动起来了。进程是linux系统调度的最小单位

进程状态

进程是程序的执行过程，根据他的生命周期可以分为3种状态。
执行态：该进程正在运行，即进程正在使用CPU
就绪态：进程已经具备执行的一切条件，正在等待分配CPU的处理
等待态：进程不能使用CPU，若等待事件发生（等待的资源分配到），将其唤醒

ps

process：是os的最小单元，地址空间为4g，其中1g给os，另外3g给进程
ps：查看活动的进程
ps -aux：查看各个进程的状态，包括运行、就绪、等待等状态(S睡眠 T中断 R运行 Z僵尸）
ps -aux | grep `aa`:查看指定（aa）进程
ps -ef：查看所有进程的pid，ppid等信息
ps -aux ：查看cpu内存的使用状态

进程标识

进程不能用程序区分
因为不同进程可能执行的是同一个程序
所以，使用ID号来标识区分不同的进程
OS会为每个进程分配一个唯一的整型ID，作为进程的标识号（pid）
进程0时调度进程，常被称为交换进程，他不执行任何程序，是内核的一部分，因此被称为系统进程。
进程除了自身ID外，还有父进程ID，每个进程都会有一个父进程，操作系统不会无缘无故产生一个新进程，所有的进程的祖先进程是同一个进程，叫做init进程，进程号是1.init进程是内核自举后的第一个启动进程。
init进程负责引导系统、启动守护（后台）进程并且运行必要的程序。他不是系统进程，但它以系统的超级用户特权运行。
父进程是负责子进程空间的清理

一些概念

并发：宏观上看起来，同时发生，cpu轮转非常快，给人一种错觉，所有的事情在同时发生
并行：同时执行，微观上真的同时执行，多个cpu同时执行不同的进程，多个进程真的在同时执行。
同步：相同的步伐，进程间相互联系，或者共同完成某件事，需要相互协调
异步：不同的步伐，进程间毫无关联

进程的意义

例子：c语言只能让一个任务接一个任务的执行，单片机普通情况也下一样，也是一个接一个的执行任务，除非中断发生，单片机会先中断当前任务的执行，去执行中断需要做的事情，中断执行完毕再回来执行刚才中断的任务。可以拿人来类比，当一个人炒菜的时候，快递打电话来了，让去取快递，不能让送快递的人一直等，只能先不炒菜，去取快递，取完快递再回来继续炒菜。这样实际把炒菜的任务就给耽误了。
但linux中，一个人在炒菜，快递打电话来了，让去取快递，他可以叫他的儿子去取快递，自己继续炒菜。从cpu角度想，由于cpu执行速度较快，看起来任务在同时进行（并发执行），这样所有的事情都不耽误。这就是进程的意义，在某个层面上也能说明父进程子进程的意义。
再举一个例子：
ATM机取款时，一方面播放提示音乐，一方面提示密码输入，不带系统的单片机处理起来就很恶心，不能先播音乐，在此期间让用户等待输入，或者播放音乐同时用中断监测用户输入，用户输入会造成音乐的停止。用户体验很差，反过来程序用进程来写效果就很好，子进程播放提示音乐，父进程检测用户输入，父子进程并发执行，可以产生同时运行的效果。提高了用户体验。
说白了进程的意义就是：让任务并发执行

获取进程ID

特殊说明：现在说的进程仅仅是linux下的进程

每个进程都有一个整型的ID号 PID
每个进程都有一个父进程 PPID
一个进程想控制其他进程，想与其他进程通信，需要ID
获取自己的ID

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

pid_t getpid(void);
功能：获取自己的进程ID号
参数：无
返回值：本进程的ID号

获取自己的父进程的ID

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

pid_t getpid(void);
功能：获取自己的父进程ID号
参数：无
返回值：本进程的父进程的ID号

创建一个进程

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

功能：创建一个子进程
参数：无
返回值：有两次，子进程返回0，父进程返回子进程的进程号。
注意：子进程从fork函数之后执行，fork完全拷贝了父进程的地址空间给子进程，父子进程运行顺序不确定。

虚拟创建进程

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

       pid_t vfork(void);

功能：创建一个子进程
参数：无
返回值：有两次，子进程返回0，父进程返回子进程的进程号。
注意：子进程从fork函数之后执行，子进程有自己的ID与父进程共享资源，子进程先执行，父进程后执行。价值并不大，不能实现任务并发执行

错误打印函数

#include <stdio.h>
       void perror(const char *s);

功能：打印错误信息（某些函数返回负值，表明发生错误，但是不知道具体类型，使用这个函数可以获得具体错误类型）

销毁进程

进程的常见的终止方式有5种：
主动：

main函数的自然返回，注意：return不是结束，只是函数结束，当它刚好结束的是main函数，此时导致进程结束。造成return结束进程的错觉。
调用exit函数，标准函数
调用_exit函数，系统调用函数
调用abort函数，产生SIGABRT信号

被动：

接收到某个信号，如ctrl+c，SIGINT，ctrl+\ SIGOUT
通过kill 向进程发信号
前四四种正常的终止，后两种非正常的终止，但无论哪种方式，进程终止都会执行相同的关闭打来的文件，释放占用的内存资源，后两种终止会导致程序有些代码不能正常执行，比如对象的析构、atexit函数的执行。
exit和__exit函数最大的区别在于exit函数退出之前会检查文件的打开情况，把文件缓冲区的内容写回文件，而__exit直接退出，什么意思？比如打开文件向文件写入内容，如果在文件没有关闭，也没有调用同步到磁盘的函数，文件并没有同步到磁盘，只存在缓冲区内，这时调用exit，那么进程结束时，缓冲区的内容可以同步到文件中，内容已经存在在文件之中了，调用__exit进程直接结束，文件不会有写入的内容。

启动新进程

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

功能：打开命令或者程序
参数：带路径的程序启动文件，或者在启动变量里声明的程序直接写程序名
返回值：-1失败
打开的程序是另一个进程，也可以成为此程序的子进程，因此子进程不一定和父进程视同一个程序，在成功打开所要执行的文件之后，父进程才能继续执行。
父进程程序

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
  printf("调用子进程\n");
    system("./son");
    printf("调用子进程结束\n");
    return 0;
}

子进程程序

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
   printf("这是子进程在执行\n");
    sleep(20);
}

程序运行效果

[root@CentOS workdir]# gcc son.c -o son
[root@CentOS workdir]# gcc sys.c -o app
[root@CentOS workdir]# ./app
调用子进程
这是子进程在执行
调用子进程结束

进程调度结果，son父进程指向app

root      39055  35664  0 19:28 pts/0    00:00:00 ./app
root      39056  39055  0 19:28 pts/0    00:00:00 ./son

进程替换，exec函数族

 #include <unistd.h>

       extern char **environ;

       int execl(const char *path, const char *arg, ...);
       int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
       int execle(const char *path, const char *arg,
                  ..., char * const envp[]);
       int execv(const char *path, char *const argv[]);
       int execvp(const char *file, char *const argv[]);
       int execvpe(const char *file, char *const argv[],
                   char *const envp[]);

重点学习四种：

int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);

这四个函数第一个参数都是可执行程序或者脚本的程序名，execl、execv需要带有完整的路径，第二参数为任意字符，起到占位作用，第三个或者后面的字符为调用者的参数，参数列表最后以NULL结尾，而execlp、execvp不需要只需要带有可执行程序的名称即可，系统自动去环境变量去寻找同名文件，execl、execlp需要NULL结尾.

函数后缀说明：
l v：参数呈现形式
l:list 参数一个个的列出来
v：vector 参数用数组存储起来
p：目标程序，可以省略路径
e:环境变量，不考虑

将system程序稍作修改
父进程程序

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
  printf("当前进程id：%d\n",getpid());
  printf("调用son进程\n");
  execl("./son",NULL);  
  printf("调用子进程结束\n");
    return 0;

}

子进程程序

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
   printf("这是子进程在执行\n");
   printf("son进程id:%d\n",getpid());
   sleep(5);
}

程序运行效果，不会打印调用子进程结束，父子进程ID号相同，表明当前进程被son进程替换

[root@CentOS workdir]# gcc sys.c 
[root@CentOS workdir]# gcc son.c -o son
[root@CentOS workdir]# ./a.out 
当前进程id：39606
调用son进程
这是子进程在执行
son进程id:39606
[root@CentOS workdir]#

注意:当时用参数list的函数时，最后一个参数赋值NULL，表明没有参数，否则运行会出错。

wait进程同步

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

pid_t wait(int *status);
函数返回值为结束子进程的进程号，当前进程中没有子进程则返回-1，参数为子进程结束状态指针，如果单纯想等待子进程的结束而不关心进程结束状态，参数写入NULL即可；若想获得子进程结束状态，将参数地址写入即可，例如定义int statue存储子进程的结束状态，函数调用wait(&statue)即可;
一旦函数调用wait()，就会立即阻塞自己并自动判断当前进程中是否有某个子进程退出，wait()返回该子进程的状态，终止子进程的ID，所以它总能了解是哪一个子进程终止了。
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
pid：从参数的名字pid和类型pid_t中就可以看出，这里需要的是一个进程ID。但当pid取不同的值时，在这里有不同的意义。
pid>0时，只等待进程ID等于pid的子进程，不管其它已经有多少子进程运行结束退出了，只要指定的子进程还没有结束，waitpid就会一直等下去。
pid==-1时，等待任何一个子进程退出，没有任何限制，此时waitpid和wait的作用一模一样。
pid==0时，等待同一个进程组中的任何子进程，如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid不会对它做任何理睬。
pid<-1时，等待一个指定进程组中的任何子进程，这个进程组的ID等于pid的绝对值。
第二个参数与wait相同，存储制定子进程终止的状态信息。为整形指针类型。
options：options提供了一些额外的选项来控制waitpid，目前在Linux中只支持WNOHANG和WUNTRACED两个选项，这是两个常数，可以用”|”运算符把它们连接起来使用。
WNOHANG：若pid指定进程并不是立即可用（终止状态），waitpid不阻塞，返回值为0.
WUNTRACED：若实现支持作业控制··· ···涉及到一些跟踪调试方面的知识，加之极少用到，这里就不多说了。
稍微琢磨一下就能看出，wait与waitpid有很大的关联性甚至wait就是封装了wairpid函数，没错！实际就是这样
察看/include/unistd.h文件349-352行就会发现以下程序段：

    static inline pid_t wait(int * wait_stat)  
    {  
        return waitpid(-1,wait_stat,0);  
    }

返回值和错误
waitpid的返回值比wait稍微复杂一些，一共有3种情况：

当正常返回的时候，waitpid返回收集到的子进程的进程ID；
如果设置了选项WNOHANG，而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集，则返回0；
如果调用中出错，则返回-1，这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在；当pid所指示的子进程不存在，或此进程存在，但不是调用进程的子进程，waitpid就会出错返回，这时errno被设置为ECHILD；