Linux编程学习笔记：进程控制

一、进程控制理论基础

    进程是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动

    特点：

        动态性、并发性、独立性、异步性

    

    进程ID（PID）：标识进程的唯一数字

    父进程ID（PPID）

    启动进程的用户ID（UID）

    进程互斥：当有若干进程都要使用某一共享资源时，任何时间最多允许一个进程使用，其他要使用资源的进程必须等待，知道占用该资源者释放了该资源为止

    临界资源：只允许一个进程访问的资源

    临界区：访问临界资源的那段程序代码，为实现对临界资源的互斥访问，应保证诸进程互斥地进入各自的临界区

    进程同步：一组并发进程按一定的顺序执行的过程称为进程间的同步，具有同步关系的一组并发进程称为合作进程，合作进程间互相发送的信号称为消息或者事件

    进程调度：按一定算法，从一组待运行的进程中选出一个来占有CPU运行

    调度方式：抢占式、非抢占式

    调度算法：先来先服务、短进程优先、高优先级优先、时间片轮转

    死锁：多个进程因竞争资源而形成一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进

二、进程控制编程

    获取PID

        pid_t getpid(void) 获取本进程ID

        pid_t getppid(void) 获取父进程ID

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	printf("PID=%d\n",getpid());
	printf("PPID=%d\n",getppid());
	return 0;
}

        运行结果

[gyy@localhost process_ctl]$ gcc getpid.c -o getpid

[gyy@localhost process_ctl]$ ./getpid

PID=7509

PPID=7149

    进程创建

        pid_t fork(void)

        特点：被调用一次却返回两次，可能有三种不同的返回值

        1、在父进程中，返回新创建的子进程的PID

        2、在子进程中，返回0

        3、如果出现错误，返回一个负值

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

int main()
{
	pid_t pid;
	//此时仅有一个进程
	pid=fork();
	//此时已经有两个进程在同时运行
	if(pid<0)
		printf("error in fork!\n");
	else if(pid==0)
		printf("I am the child process,ID is %d \n",getpid());
	else
		printf("I am the parent process,ID is %d\n",getpid());
	return 0;
}

        运行结果

[gyy@localhost process_ctl]$ gcc fork1.c -o fork1

[gyy@localhost process_ctl]$ ./fork1

I am the parent process,ID is 7529

I am the child process,ID is 7530

        有两个输出的原因：fork以后子进程父进程运行相同的代码，会有两个输出

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

int main()
{
	pid_t pid;
	int count=0;
	pid=fork();
	count++;
	printf("count=%d\n",count);
	return 0;
}

        运行结果

[gyy@localhost process_ctl]$ gcc fork2.c -o fork2

[gyy@localhost process_ctl]$ ./fork2

count=1

count=1

        原因：fork创建出的子进程会拷贝出数据段

    pid_t vfork(void)

       区别：

        1、fork子进程拷贝父进程的数据段；vfork共享数据段

        2、fork父、子进程执行次序不确定；vfork子进程先运行，父进程后运行

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


void main()
{
	pid_t pid;
	int count=0;
	pid=vfork();
	count++;
	printf("count=%d\n",count);
	exit(0);
}

        运行结果

[gyy@localhost process_ctl]$ gcc fork3.c -o fork3

[gyy@localhost process_ctl]$ ./fork3

count=1

count=2

        注意：我第一次vfork出现了段错误，经过查证得知，vfork()创建子进程成功后是严禁使用return的，只能调用exit()或者exec族的函数，否则后果不可预料，在main函数里return和exit()效果一样是有前提的：没有调用vfork。

    exec函数组

        exec用被执行的程序替换调用它的程序

        区别：fork创建一个新的进程，产生一个新的PID，exec启动一个新的进程，代替原有的进程，因此程序的PID不会改变

        int execl(const char *path,const char *arg1,…)

            path：被执行程序名（含完整路径）

            argn：被执行程序所需的命令行参数，含程序名，以空指针（NULL）结束

#include <unistd.h>

main()
{
	execl("/bin/ls","ls","-al","/etc/passwd",(char *)0);
}

            运行结果

[gyy@localhost process_ctl]$ gcc execl.c -o execl

[gyy@localhost process_ctl]$ ./execl

-rw-r--r-- 1 root root 1571 Jan 29 22:20 /etc/passwd

        int execlp(const char *path,const char *arg1,…)

            path:被执行程序名（不含路径，将从path环境变量中查找该程序）

            argn:被执行程序所需的命令行参数，含程序名，以空指针（NULL）结束

#include <unistd.h>

main()
{
	execlp("ls","ls","-al","/etc/passwd",(char *)0);
}

            运行结果

[gyy@localhost process_ctl]$ gcc execlp.c -o execlp

[gyy@localhost process_ctl]$ ./execlp

-rw-r--r-- 1 root root 1571 Jan 29 22:20 /etc/passwd

        int execv(const char *path,char *const argv[])

             path：被执行程序名（含完整路径）

             argv[]:被执行程序所需的命令行参数数组

#include <unistd.h>

main()
{
	char *argv[]={"ls","-al","/etc/passwd",(char*)0};
	execv("/bin/ls",argv);
}

            运行结果

[gyy@localhost process_ctl]$ gcc execv.c -o execv

[gyy@localhost process_ctl]$ ./execv

-rw-r--r-- 1 root root 1571 Jan 29 22:20 /etc/passwd

    int system(const char *string)

        功能：调用fork产生子进程，由子进程来调用/bin/sh -c string来执行参数string所代表的命令

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
	int count=0;
	system("ls -al /etc/passwd");
	printf("%d\n",++count);
}

        运行结果

[gyy@localhost process_ctl]$ gcc system.c -o system

[gyy@localhost process_ctl]$ ./system

-rw-r--r-- 1 root root 1571 Jan 29 22:20 /etc/passwd

1

        加上count，说明程序没有被替换，而是在子进程中运行了ls

    pid_t wait(int *status);

        阻塞该进程，直到其某个子进程退出

        返回值为退出的子进程的PID

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void main()
{
	pid_t pc,pr;
	pc=fork();
	if(pc==0)
	{
		printf("This is child process with pid of %d\n",getpid());
		sleep(5);//睡眠5秒
	}
	else if(pc>0)
	{
		pr=wait(NULL);//等待
		printf("I catched a child process with pid of %d\n",pr);
		printf("This is parent process with pid of %d\n",getpid());
	}
	exit(0);
}

        运行结果

[gyy@localhost process_ctl]$ gcc wait.c -o wait

[gyy@localhost process_ctl]$ ./wait

This is child process with pid of 7702

I catched a child process with pid of 7702

This is parent process with pid of 7701

        子进程运行父进程等待，5秒后子进程退出，父进程开始（两种情况无论谁先父进程都得等待）