進階Linux程式設計第三章：進程

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• 每個進程都有一個唯一的進程號。
• 每個進程都有一個父進程。
• 系統中的進程以樹的形式組織，init進程(進程號為1)作為根。
• 進程0是調度進程，沒有程式與之對應，是核心的一部分。
• 進程1是init進程，是在系統啟動的階段由核心啟動的，對應/sbin/init程式，是普通的使用者進程。
• 程式中可以通過getpid()得到進程號，通過getppid()得到父進程的進程號。
• 通過ps命令可以得到系統中啟動並執行所有進程。
• 通過kill命令可以殺掉某個進程。
• system函數提供了一種在程式中運行一個命令的簡單方法。
• 當程式調用fork的時候，則一個完全複製的子程式被建立。
• 父進程將從fork被調用的地方繼續執行下去。
• 子進程也是從相同的地方運行下去。
• 父進程中fork函數的傳回值是子進程的進程號。
• 子進程中fork函數的傳回值是零。
• exec函數將當前啟動並執行進程替換為另一個程式。
• exec函數是一組函數：
• 包含p的函數(execvp, execlp)接收的參數是程式名。
• 不包含p的函數接收的參數是程式的全路徑。
• 包含v的函數(execv, execvp, execve)以數組的形式接收參數列表。
• 包含l的函數(execl, execlp, execle)以列舉的形式接收參數列表。
• 包含e的函數(execve, execle)以數組的形式接收環境變數。
• 訊號是發送給進程的特殊資訊。
• 當一個進程接收到一個訊號的時候，它會立即處理此訊號，並不等待完成當前的函數調用甚至當前一行代碼。
• 系統會在特殊情況下向進程發送訊號：
• SIGBUS:匯流排錯誤
• SIGSEGV:段違規
• SIGFPE:浮點數異常
• 一個進程可以向另一個進程發送訊號。
• 可以發送SIGTERM和SIGKILL訊號來結束一個進程。
• 訊號可以用來向一個進程發送命令。有兩種使用者自訂訊號：SIGUSER1和SIGUSR2
• sigaction函數設定訊號處理方式
• SIG_DFL表示使用預設的訊號處理方式。
• SIG_IGN表示此訊號可以被忽略。
• 第二個參數是sigaction結構體，其包括一個訊號處理函數。
• 由於訊號處理是非同步，因而在訊號處理函數中不要調用I/O操作，也不要調用庫或者系統的函數。
• 訊號處理函數中應該盡量處理最少的東西。
• 訊號處理函數也可能被另一個訊號中斷。
• 如果在訊號處理函數中期望對一個全域變數進行操作，此變數應該是sig_atomic_t類型。
• 一個進程可以有兩種方式結束：
• 進程本身調用exit函數，或者其main函數結束。
• 進程接收到訊號後異常結束。
• ctrl+c發送SIGINT訊號
• kill命令發送SIGTERM訊號
• abort函數發送SIGABRT訊號
• SIGKILL函數會立即結束一個進程，此訊號不能被阻止，被程式自己處理。
• 所有這些訊號都可以用kill命令發送
• 用kill函數可以在程式中向一個進程發送訊號。
• 有關wait函數：
• wait函數阻止當前的進程，直到其中一個子進程結束。
• waitpid函數等待一個指定的子進程結束。
• wait3函數等待子進程結束並返回子進程的各種資源使用的統計。
• wait4函數等待特定的子進程結束並返回子進程的各種資源使用的統計。
• 所謂僵死的進程指的是一個進程結束了但資源尚未被回收。
• 父進程有責任在子進程結束的時候用wait函數回收子進程的資源。
• 在子進程尚未被父進程回收的時候，其在系統中作為僵死進程存在。
• 當一個程式結束的時候，其所有的子進程都被一個特殊的進程(init進程)繼承。init進程負責回收所有它繼承過來的僵死的子進程。
• 當一個子進程結束的時候，將對其父進程發送SIGCHID訊號。
• 一個進程可以通過處理SIGCHID訊號來回收子進程。

• 每個進程都有一個唯一的進程號。
• 每個進程都有一個父進程。
• 系統中的進程以樹的形式組織，init進程(進程號為1)作為根。
  • 進程0是調度進程，沒有程式與之對應，是核心的一部分。
  • 進程1是init進程，是在系統啟動的階段由核心啟動的，對應/sbin/init程式，是普通的使用者進程。
• 程式中可以通過getpid()得到進程號，通過getppid()得到父進程的進程號。

#include <stdio.h> #include <unistd.h> int main () {     printf (“The process ID is %d\n”, (int) getpid ());     printf (“The parent process ID is %d\n”, (int) getppid ());     return 0; }

• 通過ps命令可以得到系統中啟動並執行所有進程。
• 通過kill命令可以殺掉某個進程。

1、建立進程1.1、system函數

• system函數提供了一種在程式中運行一個命令的簡單方法。

 

#include <stdlib.h> int main () {     int return_value;     return_value = system (“ls -l /”);     return return_value; }

1.2、fork及exec函數

• 當程式調用fork的時候，則一個完全複製的子程式被建立。
• 父進程將從fork被調用的地方繼續執行下去。
• 子進程也是從相同的地方運行下去。
• 父進程中fork函數的傳回值是子進程的進程號。
• 子進程中fork函數的傳回值是零。

#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main () {     pid_t child_pid;     printf (“the main program process ID is %d\n”, (int) getpid ());     child_pid = fork ();     if (child_pid != 0) {         printf (“this is the parent process, with id %d\n”, (int) getpid ());         printf (“the child’s process ID is %d\n”, (int) child_pid);     }     else         printf (“this is the child process, with id %d\n”, (int) getpid ());     return 0; }

• exec函數將當前啟動並執行進程替換為另一個程式。
• exec函數是一組函數：
  • 包含p的函數(execvp, execlp)接收的參數是程式名。
  • 不包含p的函數接收的參數是程式的全路徑。
  • 包含v的函數(execv, execvp, execve)以數組的形式接收參數列表。
  • 包含l的函數(execl, execlp, execle)以列舉的形式接收參數列表。
  • 包含e的函數(execve, execle)以數組的形式接收環境變數。

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> /* Spawn a child process running a new program. PROGRAM is the name of the program to run; the path will be searched for this program. ARG_LIST is a NULL-terminated list of character strings to be passed as the program’s argument list. Returns the process ID of the spawned process. */ int spawn (char* program, char** arg_list) {     pid_t child_pid;     /* Duplicate this process. */     child_pid = fork ();     if (child_pid != 0)     /* This is the parent process. */         return child_pid;     else {         /* Now execute PROGRAM, searching for it in the path. */         execvp (program, arg_list);         /* The execvp function returns only if an error occurs. */         fprintf (stderr, “an error occurred in execvp\n”);         abort ();     } } int main () {     /* The argument list to pass to the “ls” command. */     char* arg_list[] = {         “ls”, /* argv[0], the name of the program. */         “-l”,         “/”,         NULL /* The argument list must end with a NULL. */     };     /* Spawn a child process running the “ls” command. Ignore the returned child process ID. */     spawn (“ls”, arg_list);     printf (“done with main program\n”);     return 0; }

 

2、訊號

• 訊號是發送給進程的特殊資訊。
• 當一個進程接收到一個訊號的時候，它會立即處理此訊號，並不等待完成當前的函數調用甚至當前一行代碼。
• 系統會在特殊情況下向進程發送訊號：
  • SIGBUS:匯流排錯誤
  • SIGSEGV:段違規
  • SIGFPE:浮點數異常
• 一個進程可以向另一個進程發送訊號。
• 可以發送SIGTERM和SIGKILL訊號來結束一個進程。
• 訊號可以用來向一個進程發送命令。有兩種使用者自訂訊號：SIGUSER1和SIGUSR2
• sigaction函數設定訊號處理方式
  • SIG_DFL表示使用預設的訊號處理方式。
  • SIG_IGN表示此訊號可以被忽略。
  • 第二個參數是sigaction結構體，其包括一個訊號處理函數。
• 由於訊號處理是非同步，因而在訊號處理函數中不要調用I/O操作，也不要調用庫或者系統的函數。
• 訊號處理函數中應該盡量處理最少的東西。
• 訊號處理函數也可能被另一個訊號中斷。
• 如果在訊號處理函數中期望對一個全域變數進行操作，此變數應該是sig_atomic_t類型。

#include <stdio.h> #include <signal.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> sig_atomic_t sigusr1_count = 0; void handler(int signal_number) { ++sigusr1_count; } int main(int argc, char* argv[]) {     printf("the process ID is %d\n", (int)getpid());     struct sigaction sa;     memset(&sa, 0, sizeof(sa));     sa.sa_handler = &handler;     sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);     int i = 0;     while(i < 100)     {         sleep(1);         i++;     }     printf("SIGUSR was raised %d times\n", sigusr1_count);     return 0; } 編譯上述代碼為程式sigusr1 gcc -o sigusr1 sigusr1.c 運行程式 [liuchao@localhost Signal]$ ./sigusr1 the process ID is 3401 在另一個終端，用ps命令得到sigusr1的進程號 [liuchao@localhost ~]$ ps -a PID TTY TIME CMD 3401 pts/1 00:00:00 sigusr1 3403 pts/3 00:00:00 ps 向此進程號發送多個sigusr1訊號 [liuchao@localhost ~]$ kill -s SIGUSR1 3401 [liuchao@localhost ~]$ kill -s SIGUSR1 3401 [liuchao@localhost ~]$ kill -s SIGUSR1 3401 [liuchao@localhost ~]$ kill -s SIGUSR1 3401 [liuchao@localhost ~]$ kill -s SIGUSR1 3401 當進程結束後 [liuchao@localhost Signal]$ ./sigusr1 the process ID is 3401 SIGUSR was raised 5 times

 

3、結束進程

• 一個進程可以有兩種方式結束：
  • 進程本身調用exit函數，或者其main函數結束。
  • 進程接收到訊號後異常結束。
    • ctrl+c發送SIGINT訊號
    • kill命令發送SIGTERM訊號
    • abort函數發送SIGABRT訊號
    • SIGKILL函數會立即結束一個進程，此訊號不能被阻止，被程式自己處理。
• 所有這些訊號都可以用kill命令發送

 

% kill -KILL pid

• 用kill函數可以在程式中向一個進程發送訊號。

kill (child_pid, SIGTERM);

• 有關wait函數：
  • wait函數阻止當前的進程，直到其中一個子進程結束。
  • waitpid函數等待一個指定的子進程結束。
  • wait3函數等待子進程結束並返回子進程的各種資源使用的統計。
  • wait4函數等待特定的子進程結束並返回子進程的各種資源使用的統計。

int main () {     int child_status;     /* The argument list to pass to the “ls” command. */     char* arg_list[] = {         “ls”, /* argv[0], the name of the program. */         “-l”,         “/”,         NULL /* The argument list must end with a NULL. */     };     /* Spawn a child process running the “ls” command. Ignore the returned child process ID. */     spawn (“ls”, arg_list);     /* Wait for the child process to complete. */     wait (&child_status);     if (WIFEXITED (child_status))         printf (“the child process exited normally, with exit code %d\n”, WEXITSTATUS (child_status));     else         printf (“the child process exited abnormally\n”);     return 0; }

• 所謂僵死的進程指的是一個進程結束了但資源尚未被回收。
• 父進程有責任在子進程結束的時候用wait函數回收子進程的資源。
• 在子進程尚未被父進程回收的時候，其在系統中作為僵死進程存在。

#include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main () {     pid_t child_pid;     /* Create a child process. */     child_pid = fork ();     if (child_pid > 0) {         /* This is the parent process. Sleep for a minute. */        sleep (60);     }     else {         /* This is the child process. Exit immediately. */         exit (0);     }     return 0; } % ps -e -o pid,ppid,stat,cmd 3824 2888 S+ ./zombie 3825 3824 Z+ [zombie] <defunct>

• 當一個程式結束的時候，其所有的子進程都被一個特殊的進程(init進程)繼承。init進程負責回收所有它繼承過來的僵死的子進程。
• 當一個子進程結束的時候，將對其父進程發送SIGCHID訊號。
• 一個進程可以通過處理SIGCHID訊號來回收子進程。

#include <signal.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> sig_atomic_t child_exit_status; void clean_up_child_process (int signal_number) {     /* Clean up the child process. */     int status;     wait (&status);     /* Store its exit status in a global variable. */     child_exit_status = status; } int main () {     /* Handle SIGCHLD by calling clean_up_child_process. */     struct sigaction sigchld_action;     memset (&sigchld_action, 0, sizeof (sigchld_action));     sigchld_action.sa_handler = &clean_up_child_process;     sigaction (SIGCHLD, &sigchld_action, NULL);     /* Now do things, including forking a child process. */     /* ... */     return 0; }