Linux 进程

  在用户空间,进程是由进程标识符(PID)表示的。从用户的角度来看,一个 PID 是一个数字值,可惟一标识一个进程。一个 PID 在进程的整个生命期间不会更改,但 PID 可以在进程销毁后被重新使用,所以对它们进行缓存并不见得总是理想的。

进程表示

  在 Linux 内核内,进程是由相当大的一个称为 task_struct 的结构表示的。此结构包含所有表示此进程所必需的数据,此外,还包含了大量的其他数据用来统计(accounting)和维护与其他进程的关系(父和子)。

struct task_struct {

    volatile long state;
void *stack;
unsigned int flags; int prio, static_prio; struct list_head tasks; struct mm_struct *mm, *active_mm; pid_t pid;
pid_t tgid; struct task_struct *real_parent; char comm[TASK_COMM_LEN]; struct thread_struct thread; struct files_struct *files; ... };

进程管理

  在很多情况下,进程都是动态创建并由一个动态分配的 task_struct 表示。一个例外是init 进程本身,它总是存在并由一个静态分配的 task_struct 表示。

  在 Linux 内虽然进程都是动态分配的,但还是需要考虑最大进程数。在内核内最大进程数是由一个称为max_threads 的符号表示的,它可以在 ./linux/kernel/fork.c 内找到。可以通过 /proc/sys/kernel/threads-max 的 proc 文件系统从用户空间更改此值。

  Linux进程分为两种基本类型,分别为内核进程用户进程。内核进程通过内核中kernel_thread()函数创建的,用户进程通过fork()和clone()创建。

进程的创建&内存的复制

  创建一个子进程,就创建了一个新的子任务,并为它复制了父进程的内存。但是这两个进程使用的内存是相互独立的。在调用fork函数的时候,父进程当时的所有变量对子进程都是可见的,fork函数执行完成之后,父进程的变量对于子进程来说就隐藏了。

  在创建一个新进程时,父进程使用的内存并不是真正的全部复制给子进程。它们都指向同一处内存空间,但是把内存页面标记为copy-on-write。当任何一个进程试图向这些内存中写入内容时,就会产生一组新的内存页面由这个进程私有。这样,通过这种方法提高了创建新进程的效率,因为内存空间的复制推迟到了发生写操作的时候。

进程相关API

  Linux下进程模型提供了很多API函数,下面的这些函数可以完成基本的工作。

API函数 用途
fork 创建子进程
wait 将进程挂起,直到子进程退出
waitpid       将进程挂起,直到指定子进程退出
signal 注册新的信号
pause  将进程挂起,直到捕捉到信号
kill 向某个指定的进程发出信号
raise 向当前进程发出信号
exec 将当前进程映像用一个新的进程映像来替换
exit 正常终止当前进程

函数详解&具体应用

  日常编程中,我们常用到多进程的方式,可以让我们的程序同步执行多个任务。接下来,从函数原型依次介绍并用实例来分析。

进程的创建fork

  API函数fork用于在一个已经存在的父进程中创建一个新的进程,子进程除了ID与父进程不同,其余都相同。

pid_t fork( void );
//pid_t是进程描述符
//返回值:>0, 当前进程就是父进程;==0,当前进程就是子进程;<0,失败
//返回值<0时,有两种错误,都是内存不足问题,分别为EAGAIN/ENOMEM
 #include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> int main()
{
pid_t pid; pid = fork();
if(pid > )
printf("Parent process pid: %d\n",getpid());
else if(pid == )
printf("Child process pid: %d\n",getpid());
else
printf("fork error!\n"); return ;
}

进程关闭exit

  API函数exit终止调用进程,传入exit的参数会返回给父进程。

  子进程调用exit函数还会向父进程发出SIGCHLD信号,释放当前进程的资源。

//关闭进程
void exit( int status );
//status用来保存状态信息

信号signal

  signal_handler函数允许用户为进程注册信号句柄。在信号被注册后,就可以在需要的时候调用信号API函数。

  PS: 在做一个WIN32控制台下的程序时候需要动态控制,我就利用SIGINT信号,在程序运行的过程中使用CTRL+C,调用中断函数完成操作。

//信号句柄
void signal_handler( int signal_number ); //注册信号
sighandler_t signal( int signum, sighandler_t handler );
//signum为信号类型
//handler为与信号相关联的动作 //sighandler_t的类型定义:typedef void (*sighandler_t)(int) *****指向函数的指针******

  进程的信号句柄分为三种类型,分别为忽略类型、默认指定类型和用户自定义句柄类型。

  例子:

 #include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h> void catch_signal_ctrl_c(int sig_num)
{
printf("catch signal ctrl+n");
fflush(stdout);
} int main()
{
signal(SIGINT, catch_signal_ctrl_c); //注册信号SIGINT软件中断,通过输入ctrl+c可以发出 printf("run a pause");
pause(); //进程挂起,等待信号 return ;
}

进程挂起pause

  函数pause会把进程挂起,直到接收到信号。在信号接收后,进程会从pause函数中退出,继续运行。

//挂起
int pause( void );

向当前进程发送信号raise

  raise函数只可以向当前进程发出信号。

int raise( int sig_num );

  例子:

 #include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h> void catch_signal_ctrl_c(int sig_num)
{
printf("catch signal ctrl+n");
fflush(stdout);
} int main()
{
signal(SIGINT, catch_signal_ctrl_c); //注册信号SIGINT软件中断,通过输入ctrl+c可以发出 raise(SIGINT); return ;
}

向其他进程发送信号kill

  kill函数可以向一个进程或一系列进程发送信号。

int kill( pid_t pid, int sig_num );

  参数pid的不同会有不同的效果:

pid 说明
>0    发送信号到pid指定进程
0 发送信号到与本进程同组的所有进程
-1 发送信号到所有进程(init进程除外)
<0 发送信号到由pid绝对值指定的进程组中的所有进程 

进程挂起wait&waitpid

  wait函数与waitpid函数都是将进程挂起,直到某个进程退出或信号发生,避免僵尸进程的产生。

  子进程退出,父进程没有等待(调用wait / waitpid)它, 那么她将变成一个僵尸进程。 但是如果该进程的父进程已经先结束了,那么该进程就不会变成僵尸进程, 因为每个进程结束的时候,系统都会扫描当前系统中所运行的所有进程, 看有没有哪个进程是刚刚结束的这个进程的子进程,如果是的话,就由Init 来接管它,成为它的父进程

  wait只根据任何一个子进程退出状态。

pid_t wait( int *status );
//返回退出子进程的pid值,如果为-1,发生错误
//status用来保存子进程退出的状态信息

  通过评估函数可以知道子进程退出的状态信息。

说明
WIFEXITED 如果子进程正常退出,则不为0  
WEXITSTATUS    返回子进程的exit状态
WIFSIGNALED 如果子进程因为信号退出,则为ture
WTERMSIG 返回引起子进程退出的信号号(仅在WIFSIGNALED为ture的时候)

  例子:

 #include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h> int main()
{
pid_t pid;
int status; pid = fork();
if(pid > ){
printf("Parent process, pid: %d\n", getpid()); printf("父进程挂起!\n");
pid = wait(&status); printf("父进程恢复\n"); }else if(pid == ){ printf("Child process, pid: %d\n", getpid());
printf("子进程退出\n");
exit(status); }else{
printf("fork error\n");
} return ;
}

  waitpid是挂起父进程直到某个指定的子进程退出。

pid_t waitpid( pid_t pid, int *status, int options);
//pid用来指定进程
//status保存退出进程状态
//options有两种选择,WNOHANG/WUNTRACED /*
WNOHANG:设定在子进程未退出时也不挂起调用进程,但仅在子进程退出时返回
WUNTRACED:返回已经停止而且自停止之后还未报告状态的子进程
*/

  pid的取值:

pid 说明
>0         挂起直到由pid指定的子进程退出 
0 挂起直到任何一个与调用进程的组ID相同的子进程退出  
-1 挂起直到任何子进程退出,与wait相同
<-1 挂起直到任何一个其组ID与pid参数的绝对值相同的子进程退出  

  waitpid增加两个宏:

    WIFSTOPPED: 如果子进程现在已经停止,返回true

    WSTOPSIG:  返回使子进程停止的信号(WIFSTOPPED为true) 

发送警告信号alarm

  alarm函数在其他函数超时的时候会发送一个SIGALRM信号。

unsigned it alarm( unsigned int secs );
//secs为时间,单位为秒
//如果在超时,未接收到警告信号,返回0,否则,返回等待警告信号的时间

  例子:

 #include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <string.h> void wakeup(int sig_num)
{
print("timeout quit");
raise(SIGINT);//产生中断信号
} int main()
{
int ret;
char buffer[]; signal(SIGALRM, wakeup); printf("timeout in 3 seconds, please enter your password\n");
alarm(); ret = read(, buffer, );
if(ret >= ){
buffer[strlen(buffer)-]='\0';
printf("password : %s", buffer);
} return ;
}

替换当前进程exec

  exec函数用于完全替换当前进程映像。实际上,就是用一个新的程序来替换当前的进程。值得注意的是,如果替换了,就不可能恢复,是完全的替换。

int execl( const char *path, const char *arg, ... )
//path确定要运行的程序
//其他都为参数 /*
例子:
execl( "/bin/ls", "ls", "-la", NULL );
//用ls命令程序来替换当前进程
*/

  例子:

 #include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <string.h> int main()
{
int status;
char cmd[];
char* ret;
pid_t pid; while(){
printf("mysh>>");
ret = fgets(cmd, sizeof(cmd), stdin);
if(ret == NULL)
exit(-);
cmd[strlen(cmd)-]='\0'; if(!strncmp(cmd, "quit", ))
exit(); pid = fork();
if(pid == ){
execlp(cmd, cmd, NULL);
}else if(pid >){
waitpid(pid, &status, );
}
printf("\n");
}
}

参考

GNU/LINUX环境编程

http://www.cnblogs.com/avril/archive/2010/03/22/1691793.html

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-linux-process-management/


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