IO进程(进程Process)

发布于：2024-04-19 ⋅ 阅读:(27) ⋅ 点赞:(0)

进程Process

1.什么是进程

进程和程序的区别

1.1 概念

程序：编译好的可执行文件

存放在磁盘上的指令和数据的有序集合（文件）

程序是静态的，没有任何执行的概念

进程：一个独立的可调度的任务

执行一个程序所分配的资源的总称

进程是程序的一次执行过程

进程是动态的，包括创建、调度、执行和消亡

1.2 特点

  1. 系统会为每个进程分配0-4g的虚拟空间，0-3g(用户空间)是每个进程所独有的，3g-4g（内核空间）是所有进程所共有的。

通信可以利用3-4g的内核空间：

CPU调度进程时会给进程分配时间片(几毫秒~十几毫秒)，时间片用完后，cpu再进行其他进程的调度，实现进程的轮转，从而实现多任务的操作。(没有外界干预的情况下怎么调度进程是CPU随机分配的 )

了解:

进程控制块task_struct

  • 进程控制块pcb:包含描述进程的相关信息
  • 进程标识PID：唯一的标识一个进程

主要进程标识：

进程号（PID: Process Identity Number）

父进程号：（Parent Process ID: PPID）

  • 进程用户
  • 进程状态、优先级
  • 文件描述符（记录当前进程打开的文件）

1.3 进程段

Linux中的进程大致包含三个段：

数据段：存放的是全局变量、常数以及动态数据分配的数据空间(如malloc函数取得的空间)等。

正文段：存放的是程序中的代码

堆栈段：存放的是函数的返回地址、函数的参数以及程序中的局部变量 （类比内存的栈区）

1.4 进程分类

交互进程：该类进程是由shell控制和运行的。交互进程既可以在前台运行，也可以在后台运行。该类进程经常与用户进行交互，需要等待用户的输入，当接收到用户的输入后，该类进程会立刻响应，典型的交互式进程有：shell命令进程、文本编辑器等

批处理进程：该类进程不属于某个终端，它被提交到一个队列中以便顺序执行。(目前接触不到)

守护进程：该类进程在后台运行。它一般在Linux启动时开始执行，系统关闭时才结束。

1.5 进程状态

D    uninterruptible sleep (usually IO)  不可中断的睡眠态

R    running or runnable (on run queue)  运行态

S    interruptible sleep (waiting for an event to complete)  可中断的睡眠态

T    stopped by job control signal  暂停态

t    stopped by debugger during the tracing 因为调试而暂停

X    dead (should never be seen)  死亡态

Z    defunct ("zombie") process, terminated but not reaped by its parent 僵尸态

<    high-priority (not nice to other users) 高优先级

N    low-priority (nice to other users) 低优先级

L has pages locked into memory (for real-time and custom IO) 锁在内存中

s    is a session leader 会话组组长

l    is multi-threaded (using CLONE_THREAD, like NPTL pthreads do)多线程

+    is in the foreground process group 前台进程

没有+时，默认是后台进程

I (大写i)空闲状态进程

进程状态切换图

进程创建后，进程进入就绪态，当CPU调度到此进程时进入运行态，当时间片用完时，此进程会进入就绪态，如果此进程正在执行一些IO操作(阻塞操作)会进入阻塞态，完成IO操作（阻塞结束）后又可进入就绪态，等待CPU的调度，当进程运行结束即进入结束态。

1.7 进程相关命令

ps 查看系统中运行的进程-aux -ef

top 动态显示系统中运行的进程

renice 改变正在运行的进程的优先级

nice 按用户指定的优先级运行进程

kill 给进程发信号

bg 将进程切换到后台

fg 将进程切换到前台

jobs 查看当前终端的进程

补充：优先级调度（面试可能遇见）

根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程先执行。

两种类型：

  1. 非剥夺式（非抢占式）优先级调度算法。当一个进程正在处理上运行时，即使有某个更为重要或紧迫的进程进入就绪队列，仍然让正在进行的进程继续运行，直到由于其自身原因而主动让出处理机（任务完成或等待事件），才把处理机分配给更为重要或紧迫的进程。
  2. 剥夺式（抢占式）优先级调度算法。当一个进程正在处理机上运行时，若有某个更为重要或紧迫的进程进入就绪队列，则立即暂停正在运行的进程，将处理机分配给更重要或紧迫的进程。

2.进程函数接口 

2.1 创建进程fork()

pid_t fork(void);

功能：创建子进程

头文件：

                #include <unistd.h>

返回值：

    成功：在父进程中：返回子进程的进程号 >0

         在子进程中：返回值为0

    失败：-1并设置errno

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid = fork(); //创建一个子进程

    if(pid<0)
    {
        perror("fork err");
        return -1;
    }
    else if(pid==0)  //子进程
    {
        printf("i am child\n");
        while(1);  //让子进程不要结束
    }
    else    //父进程
    {
        printf("i am parent\n");
        while(1);  //让父进程不要结束
    }

    return 0;
}

执行： ./a.out

特点：

1）子进程几乎拷贝了父进程的全部内容。包括代码、数据、系统数据段中的pc值、栈中的数据、父进程中打开的文件等；但它们的PID、PPID是不同的。

2）父子进程有独立的地址空间，互不影响；当在相应的进程中改变全局变量、静态变量，都互不影响。

3）若父进程先结束，子进程成为孤儿进程，被init进程收养，子进程变成后台进程。

4）若子进程先结束，父进程如果没有及时回收，子进程变成僵尸进程（要避免僵尸进程产生）

2.2 回收资源

 

pid_t wait(int *status);

功能：回收子进程资源(阻塞)

头文件：

               #include <sys/types.h>
               #include <sys/wait.h>

参数：status：子进程退出状态，不接受子进程状态设为NULL

返回值：成功：回收的子进程的进程号

              失败：-1

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

功能：回收子进程资源

参数：

    pid：>0     指定子进程进程号

=-1   任意子进程

=0    等待其组ID等于调用进程的组ID的任一子进程

<-1   等待其组ID等于pid的绝对值的任一子进程

    status：子进程退出状态，不接受子进程状态设为NULL

    options：0：阻塞 WNOHANG：非阻塞

返回值：正常：结束的子进程的进程号

      当使用选项WNOHANG且没有子进程结束时：0

      出错：-1

 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>


int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid = fork(); //创建一个子进程

    if (pid < 0)
    {
        perror("fork err");
        return -1;
    }
    else if (pid == 0)
    {
       
        printf("i am child\n"); //子进程
        //while(1); //让子进程不要结束
        sleep(3);
    }
    else
    {
        printf("i am parent\n");
        //wait(NULL);
        //waitpid(-1, NULL, 0); //0代表阻塞,WNOHANG代表非阻塞
        while (1)
        {
            if(waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0)
                break;
        } //让父进程不要结束
    }

    return 0;
}
//若父进程先结束，子进程成为孤儿进程，被init进程收养，子进程变成后台进程
//若子进程先结束，父进程如果没有及时回收，子进程变成僵尸进程（要避免僵尸进程产生）

2.3 结束进程

void exit(int status);

功能：结束进程，刷新缓存

void _exit(int status);

功能：结束进程，不刷新缓存

参数数：status是一个整型的参数，可以利用这个参数传递进程结束时的状态。

通常0表示正常结束；

其他的数值表示出现了错误，进程非正常结束

头文件：

                #include <stdlib.h>

 

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    printf("hello");
    //exit(0);   //结束进程，刷新缓存
    _exit(0);    //结束进程，不刷新缓存
    while (1);
    
    return 0;

思考：exit和return的区别？

eixt结束的是当前整个进程，return结束的是当前函数。

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

int fun()
{
    printf("in fun\n");
    exit(0);        //结束当前进程，所以后面in main不打印了 
    //return 0;     //结束当前函数，后面in main还会打印
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    fun();
    printf("in main\n");
    return 0;
}

2.4 获取进程号

pid_t getpid(void);

功能：获取当前进程的进程号

pid_t getppid(void);

功能：获取当前进程的父进程号

头文件：

               #include <sys/types.h>
               #include <unistd.h>

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

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid = fork();
    if (pid < 0)
    {
        perror("fork err");
        return -1;
    }
    else if (pid == 0)
    {
        printf("child: %d %d\n", getpid(), getppid());
        while (1);
    }
    else
    {
        printf("parent: %d %d\n", pid, getpid());
        while (1);
    }
    return 0;
}

 3.守护进程

Linux以会话(session)、进程组的方式管理进程，每个进程属于一个进程组，也就是多个进程组成一个进程组。会话是一个或多个进程组的集合，通常用户打开一个终端时，系统会创建一个会话。所有通过该终端运行的进程都属于这个会话。终端关闭时，所有相关进程会被结束。但是守护进程却能突破这种限制，不受终端关闭的影响。

3.1 守护进程特点

守护进程是后台进程;

生命周期比较长，从系统开启时开启，系统关闭时结束;

它是脱离控制终端且周期执行的进程。

3.2 创建步骤

1） 创建子进程，父进程退出

让子进程变成孤儿进程，成为后台进程；fork()

2） 在子进程中创建新会话

让子进程成为会话组组长并且脱离终端：为了让子进程完全脱离终端；setsid()

3） 改变进程运行路径为根目录

原因: 进程运行的路径不能被删除或卸载；chdir("/")

函数说明：chdir() 将进程当前的工作目录改变成以参数路径所指的目录

4） 重设文件权限掩码

目的：增大进程创建文件时权限，提高灵活性；umask(0)

子进程继承了父进程的文件权限掩码，给该子进程使用文件带来一定的影响，因此把文件 权限掩码设置为0，可以增强该守护进程的灵活性。

5） 关闭文件描述符

原因：子进程继承了父进程的一些已经打开了的文件，这些被打开的文件可能永远不会被 守护进程访问，但它们一样占用系统资源，而且还可能导致所在的文件系统无法被卸载。

将不需要的文件关闭：close()

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid = fork();//创建子进程
    if (pid < 0)
    {
        perror("fork err");
        return -1;
    }
    else if (pid == 0)
    {
        
        setsid(); //创建新会话
        chdir("/"); //改变进程运行路径为根目录
        umask(0); //重设文件权限掩码
        for (int i = 0; i < 3; i++) //关闭默认打开的文件描述符 0 1 2
            close(i);
        int fd = open("/home/hq/work/4IO/0415/test.txt", O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND,0666);
        while (1)
        {
            write(fd, "hello\n", 6); //每个1s向文件写入一个hello
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        exit(0);//关闭父进程
    }

    return 0;
}

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