IO进程day04（进程）

目录

进程

1》什么是进程

1> 概念

 2> 特点

 3> 进程段

4> 进程分类 

5> 进程状态

6> 进程状态切换图

7> 进程相关命令

 <补充>优先级调度

 2》进程函数接口

1> 创建进程 fork()

2> 回收资源

3> 结束进程

4> 获取进程号

3》exec函数族

 4》守护进程

1> 守护进程的特点

2> 创建步骤

练习：创建一个守护进程，循环间隔1s向文件中写入一串字符“hello”

3> 总结

进程

1》什么是进程

1> 概念

程序：编译好的可执行文件

存放在磁盘上的指令和数据的有序集合（文件）

程序是静态的，没有任何执行的概念

进程：一个独立的可调度的任务

执行一个程序分配资源的总称

进程是程序执行的一次过程

进程是动态的，包括创建、调度、执行、消亡

 2> 特点

（1）系统会为每一个进程分配0-4g 的虚拟空间，其中 0-3g （用户空间）是每个进程所独有的，3-4g （内核空间）是所有进程所共有的。进程间通信通过内核空间。

 （2）CPU调度进程时会给进程分配时间片（几毫秒 ~十几毫秒），当时间片用完后，cpu再进行其他进程的调度，实现进程的轮转，从而实现多任务的操作。（没有外界干预的情况下怎么调度进程是CPU随机分配的）

进程控制块task_struct (了解)

• 进程控制块pcb: 包含描述进程的相关信息
• 进程标识PID：唯一的标识一个进程

主要进程标识：

进程号（PID: Process Identity Number）

父进程号：（Parent Process ID: PPID）

• 进程用户
• 进程状态、优先级
• 文件描述符（记录当前进程打开的文件）

 3> 进程段

Linux中的进程大致包含三个段：

数据段：存放的是全局变量、常数以及动态数据分配的数据空间（如 malloc 函数取得的空间）等。

正文段：存放的时程序中的代码

堆栈段：存放的是函数的返回地址、函数的参数以及程序中的局部变量

4> 进程分类 

交互进程：该类进程是由shell控制和运行的。交互进程既可以在前台运行，也可以在后台运行。该类进程经常与用户进行交互，需要等待用户的输入，当接收到用户的输入后，该类进程会立刻响应，典型的交互式进程有：shell命令进程、文本编辑器等

批处理进程：该类进程不属于某个终端，它被提交到一个队列中以便顺序执行。

守护进程：该类进程在后台运行。它一般在Linux启动时开始执行，系统关闭时才结束。

5> 进程状态

D               uninterruptible sleep (usually IO) 不可中断的睡眠态

R               running or runnable (on run queue) 运行态

S               interruptible sleep (waiting for an event to complete) 可中断的睡眠态

T                stopped by job control signal 暂停态

t                 stopped by debugger during the tracing 因为调试而暂停

X               dead (should never be seen) 死亡态

Z                defunct ("zombie") process, terminated but not reaped by its parent 僵尸态

<                high-priority (not nice to other users) 高优先级

N                low-priority (nice to other users) 低优先级

L                 has pages locked into memory (for real-time and custom IO) 锁在内存中

s                 is a session leader 会话组组长

l                  is multi-threaded (using CLONE_THREAD, like NPTL pthreads do)多线程

+                 is in the foreground process group 前台进程

没有+时，默认是后台进程

6> 进程状态切换图

进程创建后，进程进入就绪态，当cpu调度此进程时进入运行态，当时间片用完时，此进程就会进入就绪态，如果此进程正在执行一些IO操作（阻塞操作）会进入阻塞态，完成IO操作（阻塞结束）后又可进入就绪态，等待CPU的调度，当进程运行结束即进入结束态。

什么是阻塞和非阻塞？

阻塞(blocking)、非阻塞（non-blocking)：可以简单理解为需要做一件事能不能立即得到返回应答，如果不能立即获得返回，需要等待，那就阻塞了，在等待的过程中可以做其它事情。否则就可以理解为非阻塞。

7> 进程相关命令

ps 查看系统中的进程 -aux -ef

top 动态查看系统中的进程

nice 按用户指定的优先级运行进程

renice 改变正在运行的进程的优先级

kill 给进程发信号

fg 将进程切换到前台执行

bg 将进程切换到后台执行

jobs 擦看当前终端的后台进程

 <补充>优先级调度

根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程先执行。

两种类型：

1. 非剥夺式（非抢占式）优先级调度算法。当一个进程正在处理上运行时，即使有某个更为重要或紧迫的进程进入就绪队列，仍然让正在进行的进程继续运行，直到由于其自身原因而主动让出处理机（任务完成或等待事件），才把处理机分配给更为重要或紧迫的进程。
2. 剥夺式（抢占式）优先级调度算法。当一个进程正在处理机上运行时，若有某个更为重要或紧迫的进程进入就绪队列，则立即暂停正在运行的进程，将处理机分配给更重要或紧迫的进程。

 2》进程函数接口

1> 创建进程 fork()

pid_t fork(void);

功能：创建子进程

返回值：

成功：在父进程中：返回子进程的进程号 >0

           在子进程中：返回值为0

失败：-1并设置errno

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid;
    pid = fork();  //创建了一个子进程,此时子进程和父进程
//宏观上同时执行，微观上根据分配时间片区分先后，子进程和父进程都会执行下面的if判断语句
    if(pid < 0)
    {
        perror("fork err");
        return -1;
    }
    else if(pid == 0)//子进程
    {
        printf("i am child process\n");
        while(1);   //为了让子进程不要结束
    }
    else//父进程
    {
        printf("i am parent process\n");
        while(1);   //为了让父进程不要结束
    }

    return 0;
}

特点：

（1）子进程几乎拷贝了父进程的全部内容，包括代码、数据、系统数据段中的pc值、栈中的数据、父进程中打开的文件等，但是他们的PID、PPID是不同的。

（2）父子进程有独立的地址空间，互不影响，当在相应的进程中改变全局变量、静态变量，都互不影响。

（3）若父进程先结束，子进程成为孤儿进程，被INIT进程收养，子进程变成后台进程。

（4）若子进程先结束，父进程如果没有及时回收资源，子进程会变成僵尸进程（要避免僵尸进程的衬产生，会占用空间）

2> 回收资源

pid_t wait(int *status);

功能：回收子进程资源(阻塞)

参数：status：子进程退出状态，不接受子进程状态设为NULL

返回值：成功：回收的子进程的进程号

              失败：-1

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

功能：回收子进程资源

参数：

pid：>0 指定子进程进程号

        =-1 任意子进程

        =0 等待其组ID等于调用进程的组ID的任一子进程

        <-1 等待其组ID等于pid的绝对值的任一子进程

status：子进程退出状态

options：0：阻塞 WNOHANG：非阻塞

返回值：正常：结束的子进程的进程号

              当使用选项WNOHANG且没有子进程结束时：0

              出错：-1

 wait 练习：

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid;
    int a = 0;
    pid = fork(); // 创建了一个子进程
    if (pid < 0)
    {
        perror("fork err");
        return -1;
    }
    else if (pid == 0)
    {
        printf("i am child process  %d  %d\n", getpid(), getppid());
        sleep(3); // 让子进程睡眠 3 秒之后再结束
    }
    else
    {
        wait(NULL); // 给任意结束的子进程回收资源,如果没有子进程结束就会一直阻塞等待
        // waitpid(-1,NULL,0); //代表阻塞，此时和wait（NULL）的效果一样
        printf("i am parent process %d  %d\n", pid, getpid());
        while (1)
            ; // 为了让父进程不要结束
    }

    return 0;
}

waitpid 练习：

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid;
    int a = 0;
    pid = fork(); // 创建了一个子进程
    if (pid < 0)
    {
        perror("fork err");
        return -1;
    }
    else if (pid == 0)
    {
        printf("i am child process  %d  %d\n", getpid(), getppid());
        sleep(3); // 让子进程睡眠 3 秒之后再结束
    }
    else
    {
        // wait(NULL); // 给任意结束的子进程回收资源,如果没有子进程结束就会一直阻塞等待
        waitpid(-1, NULL, WNOHANG);//WNOHANG 代表不阻塞，此时当父进程执行到这句时，子进程可能处于睡眠状态，还未结束，这时就不会回收子进程资源，可能就会使子进程变成僵尸进程
        
        //可以采用循环来解决这个问题，不停的检测是否有结束的子进程，直到回收了之后才结束
        while (1)
        {
            if (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0)
                break;
        }
        printf("i am parent process %d  %d\n", pid, getpid());
        while (1)
            ; // 为了让父进程不要结束
    }

    return 0;
}

3> 结束进程

void exit(int status);

功能：结束进程，刷新缓存

void _exit(int status);

功能：结束进程，不刷新缓存

参数：status是一个整型的参数，可以利用这个参数传递进程结束时的状态。

           通常0表示正常结束；

           其他的数值表示出现了错误，进程非正常结束

 exit 练习：

 _exit 练习

4> 获取进程号

pid_t getpid(void);

功能：获取当前进程的进程号

pid_t getppid(void);

功能：获取当前进程的父进程号

 练习：

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid;
    pid = fork(); //创建了一个子进程
    if (pid < 0)
    {
        perror("fork err");
        return -1;
    }
    else if (pid == 0)
    {
        printf("i am child process:%d %d\n", getpid(), getppid());
    }
    else
    {
        printf("i am parent process: %d %d\n", pid, getpid());
    }
    while (1);  //让父子进程都不要结束

    return 0;
}

3》exec函数族

原型：

#include <unistd.h>

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[]);

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    printf("hello\n");
    //system("ls -l");   //原来进程不会被替换，执行完ls -l启动的进程之后继续执行原先进程
    execl("/bin/ls","ls","-l",NULL);  //原先进程被ls -l启动的进程替换了，所以后面打印语句不执行了
    printf("world\n");

    return 0;
}

 4》守护进程

1> 守护进程的特点

守护进程是后台进程

生命周期比较长，从系统启动时开启，系统关闭时结束

它是脱离控制终端且周期执行的进程

2> 创建步骤

（1）创建子进程，父进程退出。

让子进程变成孤儿进程，成为后台进程; fork()

（2）在子进程中创建新会话

让子进程成为会话组组长并且脱离终端：为了让子进程完全脱离终端；setsid()

（3）改变进程运行路径为根目录

原因: 进程运行的路径不能被删除或卸载；chdir("/")

函数说明：chdir() 将进程当前的工作目录改变成以参数路径所指的目录

（4）重设文件权限掩码

目的：增大进程创建文件时权限，提高灵活性；umask(0)

子进程继承了父进程的文件权限掩码，给该子进程使用文件带来一定的影响，因此把文件 权限掩码设置为0，可以增强该守护进程的灵活性。

（5）关闭文件描述符

原因：子进程继承了父进程的一些已经打开了的文件，这些被打开的文件可能永远不会被 守护进程访问，但它们一样占用系统资源，而且还可能导致所在的文件系统无法被卸载。

将不需要的文件关闭：close()

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid = fork();//创建子进程
    if(pid<0)
    {
        perror("fork err");
        return -1;
    }
    if(pid == 0)
    {
        setsid();//在子进程中创建新会话
        chdir("/");//改变进程运行路径为根目录
        umask(0);//重设文件权限掩码
        for(int i=0;i<3;i++) //关闭默认打开的0 1 2
            close(i);
        while (1);
    }
    else 
    {
        exit(0);
    }

    return 0;
}

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


int main(int argc, char const *argv[])
{
    // FILE *fp;
    // fp = fopen(argv[1], "a+");
    // if (NULL == fp)
    // {
    //     printf("open err\n");
    //     return -1;
    // }
    // printf("open success\n");

    int fd;//定义一个变量接收文件描述符
    fd = open(argv[1],O_RDWR);//打开命令行中文件
    if(fd < 0)
    {
        printf("open err\n");
        return -1;
    }
    printf("open success\n");


    pid_t pid;//定义一个变量接收 fork()返回值
    pid = fork();
    if (pid < 0)//失败
    {
        perror("fork err\n");
        return -1;
    }
    else if (pid == 0)//fork 返回值为 0 说明是子进程
    {
        printf("child\n");

        setsid();//在子进程中创建新会话
        chdir("/");//改变进程运行路径为根目录
        umask(0);//重设文件权限掩码
        for(int i=0;i<3;i++) //关闭默认打开的0 1 2
            close(1);
        while (1)
        {
            // fputs("hello", fp);
            // fflush(NULL);
            write(fd,"hello",5);//向文件中写入”hello“ 
            sleep(1);//每隔 1 秒写入一次
        }
        //想要停止只能通过 kill -9 将守护进程杀死

        while (1)
            ;
    }
    else
    {
        printf("parent\n");
        // exit(0);
    }

    return 0;
}

 今天的分享就到这里结束啦，如果有哪里写的不好的地方，请指正。
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