Linux进程管理 简介

何为进程，我想这个问题大家再熟悉不过了吧，无非就是“执行中的程序”！

概念性的东西本文暂时忽略或者略微一提，详细信息还需要阅读相应的blog或专业书籍。(博主收藏了计算机相关的大量国内外知名书籍，需要的可以留言，免费奉上)

1. 进程资源

进程的运行需要内存、CPU等资源，系统为进程提供两种资源：

内核空间进程资源：即PCB(Process Control Block, 进程控制块)，包括PID、PPID、打开的文件表项、当前目录与当前终端信息等；

特点：只能通过系统调用才可以访问，当前进程退出，由另外的进程进行资源回收

详细定义：可见 /usr/src/kernels/xxx/include/linux/sched.h的 struct task_struct

用户空间进程资源：包括进程的代码段、数据段、堆、栈以及可共享的库的内存空间

2. 进程状态信息

进程的状态在Linux系统中主要分为五个：

• Running: TASK_RUNNING
  
  运行态或就绪态(得了了除CPU意外的其它所有资源)
• Waitting:

• Waitting Interuptable：TASK_INTERRUPTIBLE
  
  等待状态，等待资源有效时唤醒，可被中断唤醒
• Waitting Uninteruptable：TASK_UNINTERRUPTIBLE
  
  等待状态，等待资源有效时唤醒，不可被中断唤醒

• Stop: TASK_STOPPED
  
  进程被暂停，当再次允许时可再次执行
• Zombie：TASK_ZOMBIE
  
  进程用户资源空间被释放，但PCB并未释放，等待父进程回收

3. 进程属性

1). PID

进程号(Process IDentification)，是进程的唯一标识，为一个正整数，由内核分配，用户无法修改。

获取PID的函数为：

• 函数：getpid()

• 作用：
  
  获取该进程的PID

• 头文件：

      #include <unistd.h>
  

• 函数原型：

      pid_t getpid(void)
  

• 返回值
  
  成功：pid号
  
  失败：-1

2). PPID

父进程号(Parent Process IDentification)，是父进程的唯一标识，为一个正整数。

获取PPID的函数为：

• 函数：getppid()

• 作用：
  
  获取父进程的PID

• 头文件：

      #include <unistd.h>
  

• 函数原型：

      pid_t getppid(void)
  

• 返回值
  
  成功：pid号
  
  失败：-1

3). PGID

进程号(Parent Process IDentification)，是父进程的唯一标识，为一个正整数。

获取PGID的函数为：

• 函数：getpgid()

• 作用：
  
  获取本进程所属进程组的组号

• 头文件：

      #include <unistd.h>
  

• 函数原型：

      pid_t getpgid(pid_t pid)
  

• 返回值
  
  成功：pgid号
  
  失败：-1

4. 进程管理

1). 创建进程 - fork

Linux的最初进程为init,PID为1，所有其它进程都是由该进程直接或间接创建。

创建进程常用函数为fork()和vfork()：

• 函数：fork

• 作用：
  
  创建新的进程，被创建的进程为子进程，子进程复制父进程的几乎所有信息(所有用户空间信息和绝大多数内核空间信息),子进程独立于父进程的内存空间。

• 头文件：

      #include <unistd.h>
  

• 函数原型：

      pid_t fork(void)
  

• 返回值：
  
  成功：父进程中返回子进程的PID(正整数),子进程中返回0
  
  失败：-1

• 函数：vfork

• 作用：
  
  同样是创建一个新进程
  
  与fork的区别在于：创建进城后并不复制父进程的地址空间，而是在必要的时候才申请内存空间；即共享父进程的内存空间

• 头文件：

      #include <unistd.h>
  

• 函数原型：

      pid_t vfork(void)
  

• 返回值：
  
  成功：父进程中返回子进程的PID(正整数),子进程中返回0
  
  失败：-1

2). 运行新代码 - execX家族

当fork()创建子进程后，在子进程中需要运行新的程序，则可以采用两种方式：

system(const char *cmd)：   创建一个新的子进程执行cmd，执行完成后返回到父进程，为阻塞执行

execX家族：           不创建新进程，执行完成后，该语句执行完成后结束本进程

• system

• 头文件：

      #include <stdlib.h>
  

• 函数原型：

      int system(const char* command)
  

• 返回值：
  
  成功：0
  
  失败：-1

• execX 家族

• 头文件：

      #include <unistd.h>
  

• 函数原型：

函数	原型	使用文件名(p) / 路径名	使用参数表(l) / argv(v)
execl	int execl(const char *path, const char *arg, ...)		l
execlp	int execlp(const char *file, const char *arg, ...)	p	l
execle	int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[])		l
execv	int execv(const char *path, char *const argv[])		v
execvp	int execvp(const char *file, char *const argv[])	p	v
execve	int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[])		v

• 参数：

• path: 欲执行的程序名(可不包括路径)，在$PATH中查找
• file: 欲执行的程序名(绝对路径)
• argv[]: 参数列表
• envp[]: 新执行程序的环境变量
• ...: 执行程度的参数列表，最后一个参数必须为 (char *)NULL

• 返回值：
  
  成功：void
  
  失败：-1

3). 用户空间资源回收 - exit/return

用户空间资源回收由两个函数完成：

return:   退出当前函数，但并不退出当前进程(main函数除外)

exit:    退出当前进程，刷新流缓冲区，关闭所有I/O流

• exit:

• 头文件：

      #include <stdio.h>      //for exit()    atexit()   on_exit()
      #include <unistd.h>     //for _exit()
  

• 函数原型：

函数	原型	描述
exit	void exit(int status)	调用 atexit() / on_exit() 函数后退出，刷新I/O缓冲区
_exit	void _exit(int status)	不调用任何注册函数而直接退出，不处理标准I/O缓冲区
atexit	int atexit(void (*function)(void))	注册一个回调函数，当执行exit时，优先执行回调函数
on_exit	int on_exit(void (*function)(int , void *), void *arg)	同at_exit,只是增加了回调函数的参数值

• 返回值：
  
  成功：0 (atexit/on_exit)
  
  失败：非0值 (atexit/on_exit)

4). 内核空间资源回收 - wait

进程退出时，只是清除了用户空间资源，而PCB是由其父进程进行回收的，回收子进程PCB的函数为：wait() 和 waitpid().

• wait

• 作用：
  
  父进程阻塞等待子进程的状态变化，回收该子进程的内核进程资源

• 头文件：

      #include </usr/include/sys/wait.h>
  

• 函数原型

函数	原型	描述
wait	pid_t wait(int *status)	父进程阻塞等待 任何一个 子进程完成后，回收其资源后退出
waitpid	pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options)	父进程阻塞等待 指定子进程 完成后，回收其资源后退出

• 参数：

• pid: 子进程ID号

PID	描述
PID>0	等待该PID的进程结束
PID=0	等待与当前进程的进程组PGID一致的进程结束
PID=-1	等待任意子进程结束，相当于 wait()
PID<-1	等待进程组PGID等于该PID(绝对值)结束

• status: 子进程退出时的状态信息
• options：等待选项，一般设置为0，特殊情况请查阅man

5). 三种新进程启动方式比较：

启动方式	特点
system()	需要启动新的shell并在新的shell是执行子进程，所以对环境的依赖较大，而且效率也不高； 同时system函数要等待子进程的返回才能执行下面的语句。
execX()	用新的进程来替换原先的进程，效率较高； 但它不会返回到原先的进程，也就是说在exec函数后面的所有代码都不会被执行，除非exec调用失败。 然而exec启动的新进程继承了原进程的许多特性，在原进程中已打开的文件描述符在新进程中仍将保持打开， 但需要注意，任何在原进程中已打开的目录流都将在新进程中被关闭。
fork()	用当前的进程来复制出一个新的进程，新进程与原进程一模一样，执行的代码也完全相同； 但新进程有自己的数据空间、环境变量和文件描述符， 我们通常根据fork函数的返回值来确定当前的进程是子进程还是父进程， 即它并不像exec那样并不返回，而是返回一个pid_t的值用于判断，我们还可以继续执行fork后面的代码。 用fork与exec系列函数就能创建所需的进程。

5. 特殊进程

1). 孤儿进程

因父进程先退出而导致一个子进程被init收养，称该进程为孤儿进程。

孤儿进程的父进程为init，该进程在孤儿进程退出后回收其PCB

2). 僵死(僵尸)进程

进程已经退出，但是其父进程尚未来得及回收其PCB资源，即其PCB资源还没有释放，成为 “Zomble”

3). 守候进程

守候进程是在后台运行的一个特殊进程，它脱离于终端，可避免被终端所产生的信号打断；执行过程中的任何信息不在终端显示；周期性的执行某些任务或等待处理某些发生的事件。

其实，Linux上存在大量守候进程，如web，日志管理进程等。