进程学习总结

进程的概念

进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体;在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

依照我简单地理解：进程就是正在运行中的应用程序，它是一个动态的概念，他可以申请和拥有系统资源 。我们用c语言写的程序执行起来会产生进程。它具有动态性，并发行，独立性，异步行，交互性的特点。

特点解释

动态性不用解释，上面根据概念可以理解，并发性可以理解为一台计算机可以同时运行多个程序，比如你用一台计算机在登qq的同时可以打开视频播放器看电影，看起来这两件事是在一台计算机上是同时发生的，其实并不是，一个cpu不可能同时处理多个进程资源请求，只不过是cpu运行速度我们是无法用肉眼判别的，他每次只处理一个资源请求，当有多个进程请求资源，会出现多个进程抢cpu的情况，cpu会根据【调度算法】决定给那个程序分配资源，具体的调度算法实现，可以度娘，比较经典的很多，所以说进程的并发不是实际的并发，而是我们宏观上理解的并发，cpu终究是不能同一时刻处理多个进程的。独立性，可以理解为进程实体是一个可以独立运行的单位，同时也是系统中独立获得资源和调度的基本单位。异步性，由于计算机运行时多个进程之间相互制约(可以理解为抢cpu)，导致进程出现“执行–暂停–执行….”，这种“走走停停”的以不可预知的速度运行的局面，而异步性就是这种不可预知的速度，何时开始何时暂停何时结束的性质。最后一个就是进程之间的交互性，也可以说是进程之间的通信，进程之间的通信有多种方式可以度娘一下，有详解，这一次进程学习并没有研究这方面的内容。

进程的标识

书上说是每个进程是通过唯一的id（非负数）标识的，也就相当于人的身份证号，这里要列出几种比较常用的获取进程id的函数

pid_t getpid()//获取进程id
pid_t getppid()//获取父进程id
pid_t getuid()//获取进程的实际用户id
pid_t geteuid()//获取进程的有效用户id
pid_t getgid() //获得进程的实际组id
pid_t getegid() //获得进程的有效组id

• 按照书上解释一下这些有效和实际的意义吧！

实际用户ID：标识该进程的用户ID
实际组ID：实际用户所属的组ID
有效用户：标识以什么身份来运行进程，例如：某个普通用户A，运行了一个程序，而这个程序是以root身份来运行的，这程序运行时就具有root权限,此时实际用户ID是A用户的ID，而有效用户ID是root用户的ID
有效组ID：有效ID是有效用户所属的组的组ID

进程的状态

• 就绪态。指进程已经获得所有所需的其他资源，正在申请处理处理器资源，准备开始执行。这种情况下，称进程处于就绪态。

• 阻塞态。指进程因为需要等待所需资源而放弃处理器，或者进程本不拥有处理器，且其他资源也没有满足，从而即使得到处理器也不能开始运行。这种情况下，进程处于阻塞态。阻塞状态也称休眠状态或者等待状态。

• 运行态。进程得到了处理器，并不需要等待其他任何资源，正在执行的状态，称之为运行态。只有在运行态时，进程才可以使用所申请到的资源。

• 僵死状态

进程已终止，但进程描述符依然存在，知道父进程调用wait后函数释放。

进程控制及内存映像

在linux系统中，进程的控制主要系统调用如下：

• fork:同于创建一个新进程。

函数原型：

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

这个函数返回值有两个，一个是创建的子进程的ID，另一个是0或-1，我对其理解是：父进程在调用fork函数后,若创建成功，一个运行的程序会变成两个，即父进程和子进程，父进程返回创建的子进程的ID号，子进程中fork函数会再次返回一个0，所以fork()函数要想有两个返回值，子进程创建成功是前提。

所以一般创建子进程判断是否成功方法如下(省略主函数和头文件)：

pid_t pid;//
if((pid=fork())<0){
    printf("创建进程失败！\n");
    return ;
}
else if(pid == 0){
    printf("子进程正在跑!\n");
}
else{
    printf("父进程正在跑!\n");
}

一般用fork创建子进程，不能确定创建成功之后是子进程先跑还是父进程先跑，cpu对两个进程的对待是平等的，只能看他们谁能抢到cpu，那谁就先执行。就有了基于fork()函数上的vfork()函数，用vfork创建子进程后，一定是子进程先跑，当他调用exec或exit之后，父进程才有可能被调度运行，如果在调用这两个函数之前，子进程要依赖于父进程的某个行为，就可能导致死锁（这个概念自己了解吧）。
这里就不多讲fork和vfork的区别了,可以点击那里，是推荐的好的博客，去了解吧！

• exec：执行新进程。

这个函数族有太多的‘’兄弟姐妹‘’，还是有必要了解一下,我也没记住，再学习一遍吧:

#include<unistd.h>
int execve(const char * path ,char * const argv[],char *const envp[]);
//参数path是路径名，参数argv和参数envp和main函数中的参数对应
int execv(const char * path , char * const envp[]....);
//函数通过路径名调用可执行文件作为新进程映像
int execl(const char * path ,const char * arg ....);
//函数与execv函数用法类似，传参时每个命令行参数都声明为一个单独的参数
//使用“...”说明参数不止一个,参数以空指针作为结束,。
int execle(const char * path ,const char * arg ....);
//用法和楼上用法类似，只是要显示只是环境变量，位于空指针之后
int execlp(const char * file , const char *arg...);
//函数类似于execl,区别和excvo和execv一样
int execvp(const char * file ,char* const argv[] );
//函数用法与execv类似，不同的是参数filename。该参数如果包含“/”就相当于路径名，
//如果不包含，就会在环境变量中寻找

• exit ：终止进程。exit(0)进程正常终止，其他都为异常终止。
  
  • wait：（在后面介绍一些进程时会用到）将父进程挂起，等待子进程终止。
  • nice:改变进程优先级

#include<unistd.h>
int nice(int increment){//改变调用进程的优先级
    int oldpri = getpriority(PRIO_PROCESS,getpid());
    return setpriority(PRIO_PROCESS,oldpro+increment);
}

#include<sys/resource.h>
int getpriority(int which,inr who);//获取进程优先级
int setpriority(int which ,int who);//设置指定进程的优先级

nice系统调用是是上面两个函数的组合
用例：

int old_pri = getpriority(PRIO_PROCESS,0);//返回一组进程的优先级
int newpri =nice(2);/
exit(0);

进程的内存映像

程序和进程的最关键区别就在于一动一静，二者却是密切相关的，程序转化为进程主要经过以下步骤：

• 内核将程序读入内存，为程序分配空间。
• 内核为进程分配标识PID和所需资源。
• 内核为进程保存PID和相应状态信息，把进程放在运行队列中等待系统调度执行。

进程内存映像主要包括：

进程程序块，即被执行的程序，规定了进程一次运行应完成的功能。通常它是纯代码，作为一种系统资源可被多个进程共享。
进程数据块，即程序运行时加工处理对象，包括全局变量、局部变量和常量等的存放区以及开辟的工作区，常常为一个进程专用。
系统/用户堆栈，每一个进程都将捆绑一个系统/用户堆栈。用来解决过程调用或系统调用时的信息存储和参数传递。
进程控制块，每一个进程都将捆绑一个进程控制块，用来存储进程的标志信息、现场信息和控制信息。进程创建时，建立进程控制块；进程撤销时，回收进程控制块，它与进程一一对应。

这个是度娘下来的，以后方便看~~~~

可见每个进程有四个要素组成：控制块、程序块、数据块和堆栈。

几种比较典型进程

孤儿进程

如果一个子进程的的父进程先于子进程结束，子进程就会成为孤儿进程，他将由系统进程收养。成为系统进程的子进程。
创建:

pid_t pid;
pid =fork();
if(pid ==-1){
    printf("创建进程失败！\n");
    exit(-1);
}
else if(pid == 0){
    printf("儿子进程正在跑！\n");
    sleep(5);

} 
else{
    printf("父进程正在跑！\n");
    exit(0);
}
return  0;

这个不难创建，就让子进程多跑一会儿，然后只要执行到父进程，就正常结束他。然后正在跑的子进程就成为了系统进程的子进程，通常可以用它创建守护进程。

僵尸进程

在创建子进程后，子进程先与父进程退出时，父进程没有调用wait或waitpid函数，子进程就会成为僵尸进程。
wait和waitpid函数如下：

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int *statioc);//参数是子进程的退出码
pid_t waitpid(pid_t pid ,int statioc,int options);//options允许用户改变waitpid的行为，一般情况下为0，如果想让父进程周期性检查某个特定的子进程是否已经退出，可以这样做：

waipid(child_pid ,(int*)0,WNOHANG);//如果子进程已经结束，返回子进程ID调用
//失败返回-1.未退出返回0。

举个例子：

pid_t pid ;
int status;
pid =fork();
if(pid<0){
    .....//你懂得
    }
if(pid == 0){
    pid_t pid2 ;
    int status2;
    pid2 = fork();//创建孙子进程
    if(pid2 <0){
        ....
    }
    else if(pid2 ==0) {
        .....
        exit(0);
    }
    if(wait(pid2,&status,0)<0){等待孙子进程结束

        //提示等待pid2号进程失败
    }
}
    exit(0);//退出子进程
    if(wait(pid,&status)<0){
        //报错
    }

（注释：上面程序没套main函数）
所以创建进程是当子进程先结束时，记得调用wait函数，不然的话，耗费资源不说，时候自己程序bug,都不知怎么找，写程序尽量避免出现僵尸进程，我是吃过亏的！！！

守护进程

守护进程是指后台运行的，没有控制终端与之相连的进程，独立与终端，周期性的执行某一任务，通常linux大多数的服务器就是用守护进程实现的，守护进程是很有用的进程！！
创建：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/param.h>
#include <sys/stat.h>
#include <time.h>
#include <syslog.h>

int init_daemon(void) 
{ 
    int pid; 
    int i; 

    //忽略终端I/O信号，STOP信号
    signal(SIGTTOU,SIG_IGN);
    signal(SIGTTIN,SIG_IGN);
    signal(SIGTSTP,SIG_IGN);
    signal(SIGHUP,SIG_IGN);

    pid = fork();
    if(pid > 0) {
        exit(0); //结束父进程，使得子进程成为后台进程
    }
    else if(pid < 0) { 
        return -1;
    }

    //建立一个新的进程组,在这个新的进程组中,子进程成为这个进程组的首进程,以使该进程脱离所有终端
    setsid();

    //再次新建一个子进程，退出父进程，保证该进程不是进程组长，同时让该进程无法再打开一个新的终端
    pid=fork();
    if( pid > 0) {
        exit(0);
    }
    else if( pid< 0) {
        return -1;
    }

    //关闭所有从父进程继承的不再需要的文件描述符
    for(i=0;i< NOFILE;close(i++));

    //改变工作目录，使得进程不与任何文件系统联系
    chdir("/");

    //将文件当时创建屏蔽字设置为0
    umask(0);

    //忽略SIGCHLD信号
    signal(SIGCHLD,SIG_IGN); 

    return 0;
}

int main() 
{ 
    time_t now;
    init_daemon();
    syslog(LOG_USER|LOG_INFO,"TestDaemonProcess! \n");
    while(1) { 
        sleep(8);
        time(&now); 
        syslog(LOG_USER|LOG_INFO,"SystemTime: \t%s\t\t\n",ctime(&now));
    } 
}

进程学习的更深层次的东西还很多，所以这儿可能就介绍了进程中的冰山一角而已，所以“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，既然学习进程，这些是远远不够的，还是得坚持往深层次的研究。