参考书本《高质量嵌入式linux C编程》
一、为何需要多线程，为何需要并发
首先解释什么是线程:通常在硬盘上的一个可执行文件（例如在windows上的是.exe文件，在Linux上是只要有可执行权限x） 称之为程序。当运行一个程序之后，程序就会加载到内存中，在运行的过程中就称之为线程。因为可以发现，一个程序可以创造多个线程。但为何需要多线程呢？为何需要并发呢？作为一枚单片机爱好者，在写裸机程序的时候，只有一个main函数，此时同一时间内只能执行一个程序。就比如说，一个快餐店只有一个服务员，他既要负责做餐，还要负责卖，还要负责收钱，他是不是很累。如果有了鸣人（火影忍者人物）的分身术，他可创造三个分身，一个专门做餐，一个专门收钱，最后一个专门负责卖餐。这就是多线程的应用。
1.1 进程
对于单cpu的计算机来说，每个时刻只能执行一条指令代码。而linux是多任务系统，那么linux是如何实现多进程同时执行呢？其实在linux中使用了进程调度算法，首先，为每个进程分配一定的运行时间，这个时间往往很短，然后根据算法，从众多进程中挑选出一个进程进行运行，其他进程都处于停滞状态，当运行时间耗尽之后或者进程执行完毕之后，Linux会重新进行算法调度，挑选下一个进程进行运行。其中，每个进程可以运行时间很短，一般都是毫秒级。因此，从使用者来说，感觉就像多个线程同时运行。需要注意的是，Linux系统中会为每个进程很配进程控制块（PCB）,PCB中包含了很多重要的信息供系统和进程本身使用，最主要的有进程ID，也称之为进程标识符，是一个非负整数，它与每一个进程一一对应。
1.2 进程分类
进程一般分为交互进程，批处理进程，和守护进程
1.3父子进程
父进程和子进程的关系是管理与被管理，当父进程结束，子进程也随之结束。而子进程结束，父进程任然可以存在。子进程如果结束了，而父进程却没有为其收尸，子进程就会变成僵尸进程，其不占用任何内存空间，仅仅会在进程列表中占有一个位置。太多僵尸进程会造成系统奔溃。即使当父进程在结束之前没有为子进程收尸，系统init进程会自动接收子进程为其收尸，但是父进程一直处于死循环没有结束，子进程的产生的僵尸进程就会一直存在。
如何避免僵尸进程：父进程通过wait和waitpid等函数等待子进程结束，但这会导致父进程挂起。如果父进程很忙，那么可以调用signal函数为SIGCHLD安装handler，因为子进程结束后，父进程就会收到信号，可以在hander中调用wait回收。如果父进程不关心子进程什么时候结束，可以使用singal(SIGCHLD，SIG_IGN)，忽略，然后子进程结束后，由系统内核回收。
| 头文件 |
#include <sys/wait.h> #include <sys/types.h> |
| 定义 |
pid_t wait(int *status) |
| 函数说明 |
父进程获取子进程的状态 |
| 返回值 |
返回子进程ID，错误-1 |
二、 Linux进程管理
2.1 各种进程命令
查看进程列表，静态
ps -aux或者ps -lax
查询进程
pgrep 参数 程序名
-l 列出 程序名和进程ID
-o 进程起始ID
-n 进程终止ID
终止进程
kill 【信号代码】 进程ID
一般来说信号代码 -9，表示强行终止
killall 通过程序名直接杀死进程
动态监视进程
top
三、进程创建
3.1 获取进程
| 头文件 |
#include <unistd.h> |
| 定义 |
pid_t getpid(void) |
| 函数说明 |
获取正在执行进程的ID |
| 返回值 |
返回进程ID |
| 头文件 |
#include <unistd.h> |
| 定义 |
pid_t getppid(void) |
| 函数说明 |
获取父进程的ID |
| 返回值 |
返回父进程ID |
3.2 创建进程
| 头文件 |
#include <unistd.h> #include <sys/types.h> |
| 定义 |
pid_t fork(void) |
| 函数说明 |
创建新进程，子进程只是复制父进程的资源，子进程有其自己的task_struct和PID,而且子进程和父进程所停留的代码位置是一样的。父子进程之间不会共享数据空间，堆栈。在子进程中修改变量的数据不会影响父进程。 |
| 返回值 |
在父进程中返回子进程ID，在子进程返回0，错误-1 |
| 头文件 |
#include <unistd.h> #include <sys/types.h> |
| 定义 |
pid_t vfork(void) |
| 函数说明 |
创建新进程，子进程共享父进程数据空间，堆栈。在子进程中修改变量的数据会影响父进程。 |
| 返回值 |
在父进程中返回子进程ID，在子进程返回0，错误-1 |
代码测试:
*/***********************************************************************
> File Name: my_fork.c
> Author:silence
> Mail: [email protected]
> Created Time: 2018年12月19日 星期三 12时38分45秒
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<error.h>
//目的：觀察子進場是否共享父進場資源
int main(void)
{
pid_t pid;
int tmp = 10;
pid = fork();
if(pid < 0)
{
printf("create progress failure\n");
exit(1);
}
if(pid == 0)
{
//child progress
printf("-----I am child progress-----\n");
tmp = 20;
printf("tmp = %d\n",tmp);
}
else
{
//father progress
sleep(1);
printf("-----I am father progress-----\n");
tmp = 30;
printf("tmp = %d\n",tmp);
}
return 0;
}
运行结果：
-----I am child progress-----
tmp = 20
-----I am father progress-----
tmp = 10
结论：fork创建的子进程不共享父进程资源
/*************************************************************************
> File Name: my_vfork.c
> Author:silence
> Mail: [email protected]
> Created Time: 2018年12月19日 星期三 12时50分45秒
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<error.h>
//目的：vfork()創察子進場是否共享父進場資源
int main(void)
{
pid_t pid;
int tmp = 10;
pid = vfork();
if(pid < 0)
{
printf("create progress failure\n");
exit(1);
}
if(pid == 0)
{
//child progress
printf("-----I am child progress-----\n");
tmp = 20;
printf("tmp = %d\n",tmp);
exit(0);
}
else
{
//father progress
sleep(1);
printf("-----I am father progress-----\n");
printf("tmp = %d\n",tmp);
}
return 0;
}
运行结果：
-----I am child progress-----
tmp = 20
-----I am father progress-----
tmp = 20
my_vfork: cxa_atexit.c:100: __new_exitfn: Assertion `l != NULL' failed.
Aborted (core dumped)
结论：vfork创建的子进程共享父进程资源 运行程序出现问题：my_vfork: cxa_atexit.c:100: __new_exitfn: Assertion `l != NULL' failed.
Aborted (core dumped)
vfork()：同上返回两个值，区别在于vfork()子进程共享父进程的地址空间，即子进程运行在父进程的地址空间上，子进程对数据的修改父进程同样能看到。特别注意，使用vfork() 时子进程中需调用exec 或exit 父进程才可能被调度运行，如果在调用exec 或 exit之前子进程要依赖父进程的的某个行为，则会造成死锁。
a.out: cxa_atexit.c:100: __new_exitfn: Assertion `l != ((void *)0)' failed.
Aborted (core dumped)
这种错误的一个原因是由于子进程中没有调用exit 或 exec
在子进程中加入
exit(0);就可以运行正确。
3.3 exec族函数
作用：用来替换调用进程执行的程序。
在上面的例子中，在创建的子程序中任然和父进程有相同的代码空间，而实际中子程序都需要执行另外一个程序，
这种情况下，就可以使用exec族函数完全代替子进程的程序作为新程序。
#include<unistd.h>
exterm vooid **environ;
int execl(const char *path,cosnt char *arg,...);
int execlp(const char *file,cosnt char *arg,...);
int execle(const char *path,cosnt char *arg,...,char *const envp[]);
int execv(const char *path,char *cosnt argv[]);
int execvp(const char *file,char *cosnt argv[]);
int execvpe(const char *file,char *cosnt argv[],char *const envp[]);
后缀P:表示使用文件file做参数，如果file中包含"/"视作路径，否则在PATH环境变量所指的各个目录搜索文件。
后缀L:表示使用list形式传递参数，传入新程序的所有参数都是可变的，但是最后是以NULL结尾。
后缀V:传入的参数放入数组中
/*************************************************************************
> File Name: my_execl.c
> Author:
> Mail:
> Created Time: 2018年12月19日 星期三 14时43分17秒
************************************************************************/
//在本文件中创建子进程，然后调用new_progress 可执行文件
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
pid = fork();
if(pid < 0)
{
printf("Create progress failure\n");
exit(1);
}
if(pid == 0)
{
//child progress
printf("----I am child----\n");
execl("./new_progress","new_progress",NULL);
exit(2);
}
else
{
//father progress
printf("----I am father progress----\n");
}
return 0;
}
/**********************************************************************
> File Name: new_progress.c
> Author:
> Mail:
> Created Time: 2018年12月19日 星期三 14时56分00秒
*********************************************************************/
#include<stdio.h>
int main(void)
{
printf("---- new_progress is runing ----\n");
return 0;
}
运行结果：
----I am father progress----
----I am child----
---- new_progress is runing ----