系统编程day03-进程

1.进程

1.1程序和进程的区别

程序：代码或者指令的有序堆叠，是静态的，存放在磁盘空间。

进程：程序的运行实例，进程是动态的。

1.2单道程序和多道程序

单道程序：所有进程一个一个排队执行。若 A 阻塞，B 只能等待，即使 CPU 处于空闲状态。而在人机交互时阻塞的出现是必然的。所有这种模型在系统资源利用上及其不合理，在计算机发展历史上存在不久，大部分便被淘汰了。（例如一开始的dos系统）

多道程序：在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行。

1.3并发和并行

并行（一定是多核的）：多道程序同时在多个处理器上运行。

并发：宏观上的并行，并不是真正的并行，而是基于多道程序设计的一种根据时间片轮换cpu使用权的一种特殊机制。

1.4进程控制块

PCB：process-control-block

进程运行时，内核为进程每个进程分配一个 PCB（进程控制块），维护进程相关的信息，Linux 内核的进程控制块是 task_struct 结构体。

查看这个结构体：

PCB：

2.进程的状态

2.1进程的三种状态

就绪状态：准备完毕，等待执行

运行状态：获得CPU资源，正在使用

等待状态：当有事情发生，条件不满足，需要重新准备

2.2进程状态的查看

ps：ps可以查看进程信息

可以结合命令参数：

-a 显示终端上的所有进程，包括其他用户的进程
-u 显示进程的详细状态
-x 显示没有控制终端的进程
-w 显示加宽，以便显示更多的信息
-r 只显示正在运行的进程
-ajx 更深层次的进程信息

ps -aux 相当于Linux中的任务管理器

stat的参数意义如下：

3.进程号

3.1什么是进程号

每个进程都由一个进程号（pid）来标识，其类型为 pid_t（整型），进程号的范围：0～32767。进程号总是唯一的，但进程号可以重用。当一个进程终止后，其进程号就可以再次使用。

两个特殊进程：

• 0进程：

  • 早期叫做：交换进程

  • 现在叫做：空闲进程（当CPU空闲的时候，会执行这个进程）

• 1进程：init进程，是所有用户进程的祖先（所有用户进程都是有1号进程直接或者间接创建）。（1号进程由0号进程创建）

pid：进程的编号

ppid：父进程，每一个进程都是由父进程创建而来的。ppid就是父进程的编号。

pgid：进程组，一个或者多个进程的集合，这些进程的集合称为进程组，进程组有一个组号，叫做pgid。这些进程相互关联，可以接收终端传来的各种信号。

3.2获取进程的函数

getpid

获取当前进程的进程号

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);

返回值：获取的当前进程的进程号，pid_t

参数：无参数

getppid

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getppid(void);

返回值：获取的当前进程的父进程号，pid_t

参数：无参数

getpgid

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpgid(pid_t pid);

返回值：获取的pid进程的进程组号，pid_t

参数：需要传入要找的pid号

4.进程的创建

4.1进程的创建函数

进程的创建由fork函数来完成。

fork函数：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>pid_t fork(void);

函数功能：创建一个新的进程。这个被创建的新的进程叫做子进程，是调用fork函数这个进程（父进程）的子进程。

返回值：

如果创建成功：

• 在父进程中返回的是子进程的id

• 在子进程中返回的是0

如果创建失败：

• 返回-1

4.2父子进程的关系

子进程是父进程的一个复制品（从fork的下一句开始复制），两个进程都有各自单独的空间。

这里说的fork的下一句并不是if（pid == -1）；而是fork函数创建子进程完后，进行的赋值操作。

最终的终端打印结果如上，一个是在父进程中进行，一个是在子进程中进行。

子进程从父进程那里继承了整个进程的地址空间。

地址空间：包括进程上下文、进程堆栈、打开的文件描述符等。

子进程所独有的只有它的进程号，计时器等。因此，使用 fork 函数的代价是很大的。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{pid_t pid = fork();if (pid == -1){perror("fork");return 0;}else if (pid > 0){printf("hello,welcome to parent process\n");printf("当前进程id%d,他的子进程id%d\n", getpid(), pid);}else if (pid == 0){printf("hello,welcome to child process\n");printf("子进程pid:%d,他的父进程id:%d\n", getpid(), getppid());}return 0;
}

拓展1：sleep函数

#include <unistd.h>
unsigned int sleep(unsigned int seconds);

函数功能：将进程挂起（休眠）一段时间。

返回值：

• 如果sleep函数里面的seconds走完了，那么返回0

• 如果没有休眠完，被强制打断，那么返回剩余待休眠的时间

参数：挂起或者休眠的时间

拓展2：全缓冲与行缓冲

全缓冲：缓冲区满了以后强制进行刷新，即write函数可以将数据输出到终端

行缓冲：遇到\r\n，进行刷新，此时write函数可以将数据输出到终端

拓展3：exit函数 与 _exit函数

exit函数：

功能：库函数，将进程相关数据 清理后退出

除了调用_exit函数还会调用一个清理函数

所以使用exit函数的运行效率比较低

#include <stdlib.h>
void exit(int status);

_exit函数：

功能：系统调用函数，将进程直接退出，不进行清理

void _exit(int status);

5.进程资源回收

在每个进程退出的时候，内核释放该进程所有的资源、包括打开的文件、占用的内存等。但是仍然为其保留一定的信息，这些信息主要主要指进程控制块 PCB 的信息（包括进程号、退出状态、运行时间等）。 父进程可以通过调用 wait 或waitpid 得到它的退出状态同时彻底清除掉这个进程。

5.1wait函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status)

函数功能：等待任意一个子进程结束，如果任意一个子进程结束了，此函数会回收该子进程的资源。

参数：

status : 进程退出时的状态信息，是一个指针

返回值：

• 成功：返回运行结束的进程的进程号

• 失败：-1

代码案例：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main(int argc, char const *argv[])
{pid_t pid = fork();if (pid == -1){perror("fork");return 0;}else if (pid == 0){for (int i = 1; i <= 5; i++){printf("我还能再玩%ds\n", 5 - i);sleep(1);}_exit(0);}else if (pid > 0){int status = 0;printf("你5s以后必须停止玩游戏\n");sleep(5);wait(&status); //阻塞，等待子进程退出if (WIFEXITED(status) != 0){printf("status:%d\n", WEXITSTATUS(status));if (WEXITSTATUS(status)==0){printf("好的，你说的对，听你的\n");}else if (WEXITSTATUS(status)==1){printf("好的，你说的不对，但是我还是听你的\n");}}}return 0;
}

查看WEXITSTATUS函数的定义可以看出来，她是将status中除了8-15位的其他位数全部置零，并且向右偏移了8位。可以取到status具体的值。

5.2waitpid函数

waitpid（） 是 Unix/Linux 系统中用于进程同步的核心系统调用，专门用于父进程等待特定子进程的状态变化。相比通用的 waitpid（），它提供了更精细的控制能力

函数原型：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

参数解释：

1.pid ：目标子进程标识

• >0：等待指定PID的子进程
• -1：等待任意子进程（等效于wait（））
• 0：等待同进程组的任意子进程
• <-1：等待进程组ID等于|pid|的任意子进程

2.status：状态信息指针：

• 存储子进程退出状态（使用宏解析）
• 可设为NULL（不关心退出详情）

3.option：控制选项（位掩码）

• 0：阻塞等待（默认行为）
• WNOHANG：非阻塞模式（立即返回）
• WUNTRACED：报告已经停止的子进程
• WCONTINUED：报告已经继续执行的被停止子进程

返回值：

• 成功：返回状态变化的子进程PID
• 无状态变化：返回0
• 错误：返回-1