Linux-C-day1-进程基础

进程概念

进程是程序在计算机上执行一次的过程，也就是一个执行中的程序，进程是一个独立的逻辑控制流，独占处理器，相当于工人和机器，进程具有私有的地址空间，独占存储器系统，相当于工厂；进程的本质是程序在地址空间中按照代码逻辑控制流执行的过程，同时进程是资源分配的最小单位；

进程和程序的区别

进程是动态的，并且具有生命周期，并且一个进程只能对应于一个程序；相反，程序是动态的指令集合，一个程序可以对应于多个进程；

进程的状态

就绪：Ready，当进程获得出CPU以外的所有的必要的资源时，进程进入就绪状态，也就是说当进程得到CPU就可以立即运行；
 运行：Runing，进程正在占据CPU资源；
 阻塞(Blocked)：进程犹豫等待某个事件发生而无法执行时，进程被迫放弃CPU执行资源；

进程的创建

进程的查看

Windows可以使用tasklist 例如：tasklist / F1 "PID eq 进程PID"；
在Linux底下可以使用ps命令进行查看，ps命令的相关选项：
 user：表示进程所属的用户；
 PID：表示进程ID；
 ppid：表示父进程ID；
 %CPU：表示CPU占有率；
 %mem：表示内存占有率；
 VSZ：表示进程虚拟大小；
 RSS：表示常驻内存，也就是内存中页面的数量；
 tty：表示进程使用的终端；
 stat：表示进程的状态；
 start：表示启动进程的时间；
 TIME ：表示进程消耗CPU的时间；
 command：表示打开进程的命令和参数；
 进程状态标识符：
  D:表示不可中断进程，Uninterruptible；
  R:表示正在运行，或者在队列中的进程；
  S:处于休眠状态；
  T:进程处于停止或者被追踪状态；
  Z:僵尸进程；
  W:表示进入内存交换，从内核2.6以后开始失效；
  X:表示死掉的进程；
  <:表示高优先级；
  n:表示低优先级；
  s:表示包含子进程；
  +:表示位于后台的进程组;
 查看某个具体的进程：ps -p pid；ps -Ｃ在命令行进行查看；同样的还可以使用pstree进行查看，但是可能需要安装yum install psmisc -y；同样的的还可以使用top命令动态的查看系统进程；

进程的杀死

windows：task kill /F /PID 或者task kill /F /IM 程序名
 linux：kill 进程标识PID
 与进程相关的文件一般在/proc/底下，通常是进程id作为目录名的文件；

进程的操作

进程的标识通常使用pid来完成，获取当前进程的id使用函数pid_t getpid();获取当前进程父进程的ID使用函数pid_t getppid()；

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

int main(){
    printf("PID:%dPPID:%d\n",getpid(),getppid());//分别用于获得当前进程ID和父进程ID;
    for(;;);
}

关于进程的创建

fork()函数

函数失败时返回值是-1，返回值为0表示子进程逻辑控制流，如果返回值为其他，表示父进程控制流；
 函数的特点:
  1、调用一次，返回两次；
  2、相同但是具有独立的地址空间；
  3、可以并发执行；
  4、这个函数的本质是函数堆栈数据，text文本的复制；
函数的本质是父进程函数相关数据的复制，然后分叉出另一个函数；

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(){
    printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
    pid_t pid = fork();
    fork();
    if(pid == 0){// child
        printf("this is child\n");
        printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
    }else{
        printf("this is father\n");
        printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
    }
    for(;;);
}

子进程是父进程的副本，它将获得父进程数据空间、堆、栈等资源的副本。注意，子进程持有的是上述存储空间的“副本”，这意味着父子进程间不共享这些存储空间。
fork02.c:这个函数是用来构建子进程，用来输出一些值；

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int i = 100;
int main(){
    int j=100;
    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0){// child
        int k;
        for(k=0;k<10000;k++)
            printf("this is childi%d\t j%d\n",++i,++j);
    }else{
        int k;
        for(k=0;k<10000;k++)
            printf("this is fatheri%d\t j%d\n",--i,--j);
    }
}

fork03.c：这个函数父进程在增加变量的值，子进程在减小函数的值，用来模拟两个进程的运行情况；

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int i = 100;
int main(){
    int j=100;
    FILE* fd = fopen("./test","w+");
    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0){// child
        int k;
        for(k=0;k<10000;k++)
            fprintf(fd,"this is childi%d\t j%d\n",++i,++j);
    }else{
        int k;
        for(k=0;k<10000;k++)
            fprintf(fd,"this is fatheri%d\t j%d\n",--i,--j);
    }
}
exec函数簇
char **environ;  
int execl (const char *path, const char *arg0, ..., (char*)0);  
int execlp(const char *file, const char *arg0, ..., (char*)0);  
int execle(const char *path, const char *arg0, ..., (char*)0, char *const envp[]);  
int execv (const char *path, char *const argv[]);  
int execvp(cosnt char *file, char *const argv[]);  
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

execl.c

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

extern char ** environ;

int main(int argc,char **argv){
    execl("/bin/ps","ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0);
    return 0;
}

execle.c

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

extern char **environ;

int main(int argc,char **argv){
    execle("/bin/ps","ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0,environ);
    return 0;
}

execlp.c

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

int main(int argc,char **argv){
    execlp("ps","ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0);
    return 0;
}

execv.c

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

int main(){
    char *args[]={"ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0};
    execv("/bin/ps",args);
    return 0;
}

execve.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
extern char **environ;

int main(){
    char *args[]={"ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0};
    execve("/bin/ps",args,environ);
    return 0;
}

execvp.c

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

int main(){
    char *argv[] = {"ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0};
    execvp("ps",argv);
    return 0;
}

函数命名的规律组总结
v：表示第二个参数是数组；
l：第二个参数之后是变参；
p：第一个参数是文件名；
e：最后一个参数是环境变量；
常见的字符串数组函数
execv()，execvp()，execve()
可变参数函数
execle()，execlp()，execl()；
exec.c函数：
 exec函数簇函数的返回值，-1表示失败，执行成功时，是不返回任何值的，这些函数具有以下特点：一次调用，失败返回；改朝换代，取而代之；但是函数的PID是不会变化的，变化的是程序地址空间的内容，exec函数簇函数的本质是覆盖原有函数，执行新的函数；

system(shell字符串)

这个函数是系统函数int system(shell 字符串或者命令)；函数的返回值为-1时，表示失败；函数的返回值是127时，表示无法启动shell；其它返回值用于表示函数的退出码；系统调用函数一次调用，一次返回；这个函数本质上是在执行shell命令；
system.c

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


int main(int argc,char** argv){
    printf("PID:%d\n",getpid());    
    system("sleep 3&");
    printf("PID:%d\n",getpid());    
}

进程的结束

对于return和exit来说，函数的执行属于寿终正寝，并且自己能够了结后事。_exit()函数属于自杀的情况，但是没有料理后事。abort()函数属于意外的死亡，也没有料理后事；信号终止属于他杀；料理后事表示的意思是程序结束以后，相关堆栈资源的回收工作；
 main()函数return 0 是语言级别的退出，使用这种情况的退出，函数仍然需要调用exit(0)函数，exit(0)是函数级别的退出；
 exit(0)，表示释放所有的静态的全局对象，缓存，关掉所有的IO通道，然后终止程序；abort()会直接终止程序，但是不会释放任何资源；
 exit(0)函数在调用_exit()系统调用之前要检查文件的打开情况，吧文件缓冲区中的内容写回文件，清理IO缓冲，exit(0)是标准的C函数；
 _exit()不做清理IO缓冲函数，_exit()是Linux系统调用；
 main函数退出：
main.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(){
    printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
    
    return 100;
}

exit函数退出
exit函数一般用在main函数以外的函数退出

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(){
    printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
    exit(EXIT_FAILURE);
    abort();
}

_exit函数一般用来结束子进程
这个函数暂时没有说明
abort()函数一般用来异常退出

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(){
    printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
    abort();
}

还有一种方式--信号终止
pause.c

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
void test(int sig){
    printf("revc a signal%d",sig);
}

int main(){
    signal(SIGINT,test);
    printf("before pause\n");
    pause();
    printf("after pause\n");
}

进程的停止

int sleep(unsigned int secs)函数 ，sece用于表示休眠的秒数，如果指定为-1表示永久休眠，函数的返回值是未休眠的秒数；如果没有信号中断，休眠指定的秒数返回0，否则马上返回未休眠的秒数；

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <strings.h>
int main(){
    int i = 0;
    for(;;){
        time_t t;
        time(&t);
        struct tm* ptm =  gmtime(&t);
        char buf[BUFSIZ];
        bzero(buf,BUFSIZ);
        strftime(buf,BUFSIZ,"%P %T",ptm);
        printf("\r%s",buf);
        fflush(stdout);
        sleep(1);
    }
}

int pause()函数返回值一定是-1，如果函数没有处理信号，直接中断，执行默认的信号处理，程序后续代码不再执行。如果程序存在信号处理，执行处理信号后，执行后续代码。

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
void test(int sig){
    printf("revc a signal%d",sig);
}
int main(){
    signal(SIGINT,test);
    printf("before pause\n");
    pause();
    printf("after pause\n");
}

pid_t wait(int * status);函数等价于pid_t waitpid(-1,status,0)；这个函数的参数包括：pid：小于-1时，表示的是等待进程组为pid的所有进程，-1：表示等待任何子进程；0：表示等待同组的进程；大于0：表示等待进程为pid的子进程；
 status:参数的含义：
  正常结束，WIFEXITED(status),参数为0时，表示的是正常结束任何子进程，0表示的是非正常结束子进程；WEXITSTATUS()表示取得子进程exit()返回的结束代码，一般会先用WIFEXITED来判断是否正常结束才是用这个宏定义；
  异常结束：WIFSIGNALED(ststus)非0值表示异常结束子进程，0表示非异常结束子进程；WTERMSIG(status)，取得子进程因信号而终止的信号代码，一般先会用WIFSIGNALED来判断后才能使用宏；
  暂停：WIFSTOPPED(status)，非0值表示暂停结束子进程，0表示暂停结束子进程；WSTOPSIG(status)，取得引发子进程暂停的信号代码，一般先用
WIFSTOPPED来判断后才能使用此宏；
 option，选项WNOHANG，若子进程没有结束，返回0，不予等待。若子进程结束，返回该子进程的ID；WUNTRACED，若子进程进入暂停状态，则马上返回，但子进程的结束状态不予理会。
 返回值，-1表示失败；其他值表示等待的PID；
wait.c:

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

void handler(int sig){
    pid_t cpid = wait(NULL);
    printf("child %d exit",cpid);
}

int main(){
    signal(SIGCHLD,handler);
    printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0){// child
        sleep(2);
        printf("this is child\n");
        printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
    }else{
        printf("this is father\n");
        printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
    }
}

wait02.c：

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

void handler(int sig){
    int status;
    pid_t cpid = wait(&status);
    if(WIFEXITED(status)){
        printf("child exit by %d\n",WEXITSTATUS(status));
    }   
    if(WIFSIGNALED(status)){
        printf("child exit by signal %d\n",WTERMSIG(status));
    }
    printf("child %d exit\n",cpid);
}

int main(){
    signal(SIGCHLD,handler);
    printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0){// child
        sleep(2);
        printf("this is child\n");
        printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
        //exit(0);
    }else{
        printf("this is father\n");
        printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
        printf("leave:%d\n",sleep(5));
        //exit(200);
    }
    for(;;);
}

孤儿进程与僵尸进程

孤儿进程：父进程先于子进程退出，init进程作为新的父进程，但是对于系统无害，init进程会回收这些系统资源；
 僵尸进程：子进程退出，父进程没有获得子进程的状态信息，可以通过调用wait(status)或者调用waitpid函数来实现；
waitpid.c

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

int main(){
    printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0){// child
        sleep(2);
        printf("this is child\n");
        printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
        //exit(0);
    }else{
        printf("this is father\n");
        printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
        printf("pid:%d exit\n",waitpid(pid,NULL,0));
    }
}

zomble.c:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>
void handle(int sig){
    //wait(NULL);
    printf("this is child exit %d",sig);
}
int main(){
    signal(SIGCHLD,handle);
    printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0){// child
        printf("this is child\n");
        printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
    }else{
        printf("this is father\n");
        printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
        for(;;);
    }
}

一个模拟简单shell的程序：
shell.c

//这个程序是一个简单的shell程序，可以用于执行shell命令中不带有参数选项的命令；
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>
 
void handle(int sig){
    wait(NULL);
}
int main(){
    printf("welcome to sim shell\n");
    //
    signal(SIGCHLD,handle);
 
    for(;;){
        printf(">");
        fflush(stdout);
        char buf[BUFSIZ];
        bzero(buf,BUFSIZ);
        fgets(buf,BUFSIZ,stdin);
            size_t n = strlen(buf);
        if(buf[n-1] == '\n'){
            buf[n-1] = '\0';
        }       
        if(strcmp(buf,"quit")==0)
            break;
        //system(buf);
        char* argv[128];
        bzero(argv,128);
        char* p = buf;
        int index = 0;
        char* temp = NULL;
        do{ 
            temp =strtok(p," ");
            p = NULL;
            argv[index++] = temp;
        }while(temp != NULL);
        if(fork() == 0){
            execvp(argv[0],argv);   
        }
        //sleep(-1);
        pause();
    }   
 
    printf("sim shell exit\n");
    return 0;
}
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