LINUX環境編程之進程式控制制（上）

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一、進程標識

每個進程都有一個非負整型表示的唯一進程ID。雖然該id是唯一的，但是進程ID是可複用的。當一個進程終止後，其進程id就成為複用的候選者。

系統中有一些專用進程，但是具體細節隨實現而不同。ID為0的進程通常是調度進程，常常被稱為交換進程。該進程是核心的一部分，它並不執行任何磁碟上的程式，因此也被成為系統進程。進程ID 1通常是init進程，在自舉過程結束時有核心調用。init進程絕不會終止，他是一個普通使用者的使用者進程（與交換進程不同，他不是核心中的系統進程），但是它以超級使用者權限運行。

每個unix系統實現都有它自己的一套提供作業系統服務的核心進程，比如，在某些unix的虛擬儲存空間中，進程id 2是頁守護進程（page daemnon），此進程負責支援虛擬儲存系統的分頁操作。

附：進程相關函數

1 #include <sys/types.h>2 #include <unistd.h>3 pid_t getpid(void); 返回：調用進程的進程 I D4 pid_t getppid(void); 返回：調用進程的父進程 I D5 uid_t getuid(void); 返回：調用進程的實際使用者 I D6 uid_t geteuid(void); 返回：調用進程的有效使用者 I D7 gid_t getgid(void); 返回：調用進程的實際組 I D8 gid_t getegid(void); 返回：調用進程的有效組 I D

二、fork函數

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

解釋：有fork函數建立的新進程成為子進程，fork函數被調用一次，但返回兩次，兩次返回的區別是子進程傳回值是0，父進程的傳回值則是建立子進程的進程id。子進程和父進程繼續執行fork調用之後的指令，子進程是父進程的副本。例如，子進程擷取父進程資料空間、堆和棧的副本。注意，這是子進程所擁有的副本，父進程和子進程並不共用這些儲存空間部分。該部分執行寫時複製。

 1 #include<sys/types.h> 2 #include "ourhdr.h" 3 int glob=6; 4 char buf[]="a write to stdout\n"; 5 int main(void) 6 { 7  8         int var; 9         pid_t pid;10         var=88;11         if(write(STDOUT_FILENO,buf,sizeof(buf)-1)!=sizeof(buf)-1)12                 printf("write error");13         printf("before fork\n");14         if((pid=fork())<0)15                 printf("fork error\n");16         else if(pid==0)17                    {18                    glob++;19                    var++;20                 }21         else22                         sleep(2);23         printf("pid=%d,glob=%d,var=%d\n",getpid(),glob,var);24         exit(0);25 ｝

可以看到子進程對變數所做的改變並不影響父進程中該變數的值。

一般來講，在fork之後是父進程還是子進程先執行是不確定的，這取決於核心所使用的調度演算法，如果要求父進程和子進程之間相互同步，則要求某種形式的處理序間通訊。

檔案分享權限設定

 在fork之後處理檔案描述符有以下兩種常見的情況：

（1）父進程等待子進程 完成。（2）父進程和子進程各自執行不同的程式段。

除了開啟檔案之外，父進程的很多其他屬性也有子進程繼承，包括：

實際使用者I D、實際組I D、有效使用者I D、有效組I D。
• 添加組I D。
• 進程組I D。
• 對話期I D。
• 控制終端。
• 設定-使用者- I D標誌和設定-組- I D標誌。
• 當前工作目錄。
• 根目錄。
• 檔案方式建立屏蔽字。
• 訊號屏蔽和排列。
• 對任一開啟檔案描述符的在執行時關閉標誌。
• 環境。
• 串連的共用儲存段。
• 資源限制。
父、子進程之間的區別是：
• fork的傳回值。
• 進程I D。
• 不同的父進程I D。
• 子進程的t m s _ u t i m e , t m s _ s t i m e , t m s _ c u t i m e以及t m s _ u s t i m e設定為0。
• 父進程設定的鎖，子進程不繼承。
• 子進程的未決警示被清除。
• 子進程的未決訊號集設定為空白集。
fork失敗的兩個原因：
（a）系統中已經有了太多的進程（通常意味著某個方面出了問題）

（b）該實際使用者id的進程總數超過了系統限制。

fork的用法：

（1）一個父進程希望賦值自己，是父進程和子進程同時執行不同的程式碼片段。

（2）一個進程要執行一個不同的程式。

函數vfork

（1）vfork函數用於建立一個新的進程，而該進程的目的是exec一個新程式。vfork與fork的區別：（1）v f o r k與f o r k一樣都建立一個子進程，但是它並不將父進程的地址空間完全複製到子進程中，因為子進程會立即調用 e x e c (或e x i t )，於是也就不會存訪該地址空間。不過在子進程調用 e x e c或e x i t之前，它在父進程的空間中運行。這種工作方式在某些 U N I X的頁式虛存實現中提高了效率（與上節中提及的，在 f o r k之後跟隨e x e c，並採用在寫時複製技術相類似）。

（2）v f o r k保證子進程先運行，在它調用 e x e c或e x i t之後父進程才可能被調度運行。（如果在調用這兩個函數之前子進程依賴於父進程的進一步動作，則會導致死結。）
函數exit

進程有5種正常終止和3種異常終止方式

5種正常終止方式為：

在main函數內執行return語句，調用exit函數，調用_exit函數或者_Exit函數，進程的最後一個線程在其啟動常式中執行return語句，進程的最後一個線程調用pthread_exit函數。

3種異常終止方式如下：

調用abort，當進程接收到某些訊號時，最後一個線程對“取消”請求做出響應。

在任意一種終止情況下，該終止進程的父進程都可以用wait或waitpid函數取得其終止狀態。

對於父進程已經終止的所有進程，它們的父進程都改變為init進程，我們稱這些進程由init進程收養。

僵死進程：一個已經終止、但是其父進程尚未對其進行善後處理的進程成為僵死進程。

函數wait和waitpid

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

調用wait和waitpid的進程會發生什麼

• 阻塞(如果其所有子進程都還在運行)。
• 帶子進程的終止狀態立即返回(如果一個子進程已終止，正等待父進程存取其終止狀態 )。
• 出錯立即返回(如果它沒有任何子進程)。
這兩個函數的區別是：
• 在一個子進程終止前， wait 使其調用者阻塞，而 waitpid 有一選擇項，可使調用者不阻
塞。
• waitpid並不等待第一個終止的子進程—它有若干個選擇項，可以控制它所等待的進程。

                                                                 檢查w a i t和w a i t p i d所返回的終止狀態的宏

對於waitpid函數中pid參數的作用的解釋如下：

• pid == -1 等待任一子進程。於是在這一功能方面 w a i t p i d與w a i t等效。
• pid > 0 等待其進程I D與p i d相等的子進程。
• pid == 0 等待其組I D等於調用進程的組I D的任一子進程。
• pid < -1 等待其組I D等於p i d的絕對值的任一子進程。
對於waitpid函數中options參數的作用的解釋如下：

options或者是0或者是表中常量按位或者運算的結果。

waitpid函數提供了wait函數沒有提供的三個功能：
(1) waitpid等待一個特定的進程 (而wait則返回任一終止子進程的狀態 )。
(2) waitpid提供了一個wait的非阻塞版本。有時希望取得一個子進程的狀態，但不想阻塞。
(3) waitpid支援作業控制（以WUNTRACED選擇項）。

 1 #include<sys/wait.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<stdio.h> 4 #include<stdlib.h> 5 int main(void) 6 { 7         pid_t pid; 8         if((pid=fork())<0) 9         {10                 perror("fork");11         }else if(pid==0)12         {13                 if((pid=fork())<0)14                 perror("fork");15                 else if(pid>0)16                 exit(0);17                 sleep(2);18                 printf("second child,parent pid is:%d\n",(long)getppid());19                 exit(0);20         }21         if(waitpid(pid,NULL,0)!=pid)22         perror("waitpid");23         exit(0);24 }25 ~    

以上程式實現的功能是：一個進程fork一個子進程，但不要它等待子進程終止，也不希望子進程處於僵死狀態知道父進程終止，通過調用fork兩次來實現。

在第二個子進程中調用 sleep以保證在列印父進程 ID時第一個子進程已終止。在 fork之後，父、子進程都可繼續執行——我們無法預知哪一個會先執行。如果不使第二個子進程睡眠，則在fork之後，它可能比其父進程先執行，於是它列印的父進程 ID將是建立它的父進程，而不是init進程。

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