c语言多任务处理（并发程序设计）

. 多任务处理(并发程序设计)
1. 何谓多任务处理?
多任务处理是指同一时间内处理或者执行多个独立的功能任务，这样的事物处理方法
称为多任务处理。

 2. 多任务处理方式的背景?
应用程序中往往是要支持多种复杂功能，我们就不能按照以前，某个功能执行完毕后再执行下一个功能任务，
设计方式来设计程序，我们期望的是某些独立的功能任务可以在同一时间共同执行(并发)，以提升程序的运行
效率，这样就需要多任务处理方式了。

 3. 多任务处理方式的实现
3.1  多进程
3.2  多线程

 4. 进程初步
4.1  基础概念
1) 进程：
统一认知：进程是程序的一次执行过程，是程序执行和资源管理的最小单元
2) 进程的资源信息描述 (PCB)
PCB(进程控制块)：用于记录系统对进程资源，状态，标识符分配信息等等
本质是Linux内核提供的一个数据类型 (struct task_struct)来表示。
3) 进程的标识(PID)
PID(进程号):用来唯一标识系统中的一个进程，本质是非零的正整数。
4.2 进程特征  
4.2.1  独立性：进程一旦产生系统会为每一个进程分配4GB虚拟地址空间，每一个进程都运行在自己的
虚拟地址空间中，互不干扰
4.2.2  并发性：不同的进程可以在同一时间内同时运行;
4.2.3  异步性：由于进程要竞争CPU资源,所以会产生周期性的等待,也就是说进程其实并不是"齐头并进";
4.2.4  动态性：因为进程是程序执行过程，有创建及消亡的过程，
4.2.5  结构特征：
统会为每一个进程分配4GB虚拟地址空间，同时系统将该地址空间进行可结构划分，主要划分为
以下的内存结构，(自下而上)

           代码段
数据段
堆段
内存映射段
栈段
命令行参数段
环境变量存储段
4.3 进程的模式
4.3.1  内核模式：
不可被干扰，内核模式执行完毕，进程会转入用户模式：
4.3.2  用户模式
大部分情况下，进程都是运行在用户模式的，一旦遇到系统调用或者发生硬件中断，进行
将转入内核模式.

     4.4 进程的状态及状态转换

          基本状态:
1)   运行状态：   进程正在运行
2)   就绪状态：   进程已经获取除了CPU之外的所有资源，一旦分配CPU资源就可以运行
3)   阻塞状态:    进程因为等待某个事件的发生，暂停运行
4)   僵尸状态：   进程已经运行完毕，但是进程资源(PCB)没有被回收
5)   停止状态：   进程已经运行完毕，进程资源(PCB)被回收

状态转换：   详见  进程状态转换.bmp

      注意事项： 如果在实现多任务处理过程中，选择使用多进程解决方案，则一定要确保父进程不能先于子进程
退出，否则会造成程序已经运行结束的假象。而且使得子进程称为孤儿进程。

  5. 进程基础操作
5.1   进程创建
函数头文件    #include <unistd.h> 
#include <sys/types.h> 
函数原型:     pid_t fork(void) / pid_t vfork(void)
函数功能：    进程创建
函数参数：    无
函数返回值：  说明：fork/vfork 调用一次返回两次：
成功  子进程返回0
父进程返回子进程PID
失败 返回 -1， 错误码放在errno

          fork / vfork 区别：
1. fork 创建子进程成功后， 系统为子进程分配独立的地址空间
vfork 创建子进程成功后，子进程和父进程共享父进程的地址空间
2. fork 创建子进程成功后， 父子进程执行顺序取决于系统的调度
vfork 创建子进程成功后，子进程先于父进程运行，子进程只有在调用了
exit/_exit 及 exec函数簇，父进程才可以正常运行。
3. 应用场景：
1.在系统硬件资源充足的情况下，推荐使用fork创建进程，否则使用vfork，
2.在使用exec函数簇时，推荐使用vfork创建子进程，在子进程中利用exec启动新程序。

5.2   获取进程ID
函数头文件    #include <unistd.h> 
#include <sys/types.h> 
函数原型:     pid_t getpid(void) / pid_t getppid(void)
函数功能：    进程ID获取
函数参数：    无
函数返回值：  说明：getpid  返回自身进程ID：
getppid 返回父进程ID：                    
该函数调用不会失败 
5.3   进程退出
函数头文件    #include <unistd.h> 
#include <stdlib.h> 
函数原型:     void exit(int status) / void _exit(int status)
函数功能：    进程退出
函数参数：    status: 进程退出后传递给父进程的数据(status & 0377)
函数返回值：  无

exit / _exit 区别：
1.  exit 是标准库函数, _exit Linux内核函数
2.  exit 在进程退出前会处理IO缓存。
5.4   进程等待
函数头文件    #include <unistd.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <sys/wait.h> 
函数原型:     pid_t wait(int *status) /pid_t waitpid(pid_t,pid,int *status,int option)
函数功能：    阻塞调用进程，直到某个子进程/指定子进程 退出
函数参数：    [OUT]status: 用户获取子进程退出值(需要利用 WEXITSTATUS 宏转换)
pid:  指定的子进程ID
option： 附加选项： 往往取值为0
函数返回值：  退出的子进程ID

说明： 进程等待的目的：
1. 父进程想要获取子进程退出值;如果父进程不关注子进程的退出值,status可以设为NULL
2. 回收子进程的进程资源。
3. 为了确保父进程不能先于子进程退出。

      5.5  进程中启动新程序
函数头文件    #include <unistd.h> 
函数原型:     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,const char* argp[]);
int execvp(const char *file,const char* argp[]);
int execve(const char *path,const char* argp[],char* const envp[]);

        函数功能：    进程中启动新程序
函数参数：    path：待启动的应用程序路径
arg:  待启动的应用程序命令行参数，以程序名开始，NULL结束
argp: 存储待启动的应用程序命令行参数的字符指针数组，元素以程序名开始，NULL结束
envp：用户自定义环境变量数组(NULL结束)，用于在启动新程序的同时，传递给新程序的数据。
函数返回值：  成功返回0
失败返回-1,错误码放置在errno          

          引申的知识点：  自定义环境变量

自定义环境变量的语法格式：
环境变量名(大写) = 环境变量值 (字符串)

            例子： NAME = TeacherYu
AGE  = 45
char* const envp[] = {"NAME = TeacherYu"," AGE  = 45",NULL};

      exec函数簇的区分：

函数名的第五个字符：    
l:  (list)    利用exec函数参数罗列被启动程序的命令行参数
v:  (vector)  用数组将被启动程序的命令行参数先存储起来，然后将数组传递给exec函数参数

         函数名的第六个字符：
无:  
p: (Path):系统会到PATH环境变量所代表的路径下去找寻待启动程序，如果未找到，exec函数调用失败
e: (enviorment): 在启动启动程序时，可以通过自定义环境变量向待启动程序传递数据。