說一說?Linux?進程控制
[導(dǎo)讀]引言在上一則發(fā)表的關(guān)于Linux的文章中，敘述了Linux的相關(guān)概念，其中就包括進程的資源，進程的狀態(tài)，以及進程的屬性等相關(guān)內(nèi)容，在本則教程中，將著重敘述Linux進程管理的內(nèi)容，其中就包括Linux進程的創(chuàng)建，進程的終止，進程的等待相關(guān)內(nèi)容。Linux進程的創(chuàng)建函數(shù)fork現(xiàn)有...
引言
在上一則發(fā)表的關(guān)于 Linux 的文章中，敘述了 Linux 的相關(guān)概念，其中就包括進程的資源，進程的狀態(tài)，以及進程的屬性等相關(guān)內(nèi)容，在本則教程中，將著重敘述 Linux 進程管理的內(nèi)容，其中就包括 Linux 進程的創(chuàng)建，進程的終止，進程的等待相關(guān)內(nèi)容。Linux 進程的創(chuàng)建
函數(shù) fork
現(xiàn)有的一個進程可以調(diào)用 fork 函數(shù)創(chuàng)建一個新進程：#include?
pid_t?fork(void);
/*?返回值：子進程返回?0，父進程返回子進程 ID;若出錯，返回?-1 */
由 fork 創(chuàng)建的新進程被稱為子進程。fork 函數(shù)被調(diào)用一次，但返回兩次。兩次返回的區(qū)別是子進程返回值是0，而父進程的返回值是新建子進程的進程 ID，子進程創(chuàng)建的過程大概是這樣的：從調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用 fork 后就有了子進程，fork?創(chuàng)建子進程是以父進程為模板的、下面是一個 fork 函數(shù)創(chuàng)建一個進程的例子：int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????printf("I?am?process!\r\n");
????pid_t?id?=?fork();
????if?(id?0)
????{
????????printf("fork?error\r\n");
????}
????else?if?(id?==?0)
????{
????????printf("I?am?child?process?and?myid?is?:%d,?my?parent?id?is?:%d\r\n",getpid(),getppid());
????????sleep(3);
????}
????else
????{
????????printf("I?am?parent?process?and?myid?is:%d\r\n",getpid());
????????sleep(3);
????}
????printf("Now?you?can?see?me!\r\n");
????sleep(3);
????return?0;
}
下面是代碼的運行結(jié)果：- 分配新的內(nèi)存塊和描述進程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)給子進程
- 將父進程部分數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容拷貝到子進程
- 添加子子進程到系統(tǒng)進程列表中
- fork 返回，開始調(diào)度器調(diào)度
需要注意的是：fork 之前父進程獨立運行，fork 之后，父子兩個執(zhí)行流分別運行。且 fork 之后，由調(diào)度器決定運行順序子進程獲得父進程數(shù)據(jù)空間、堆和棧的副本。需要注意的是，這是子進程所擁有的副本。父進程和子進程并不共享這些存儲空間部分，但是由于在 fork 之后經(jīng)常跟隨著 exec，所以現(xiàn)在很多實現(xiàn)并不執(zhí)行一個父進程數(shù)據(jù)段、堆和棧的完全副本，作為替代，使用了寫時復(fù)制技術(shù)，這些區(qū)域由父進程和子進程共享，而且內(nèi)核將他們的訪問權(quán)限改變?yōu)橹蛔x。
寫時復(fù)制原理
在講述寫時復(fù)制的原理之前，首先得弄明白虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存兩個概念：- 物理內(nèi)存：也就是相電腦的內(nèi)存條，如果電腦安裝了 2GB 的內(nèi)存條，那么系統(tǒng)就擁有 0~2GB 的物理內(nèi)存空間。
- 虛擬內(nèi)存：虛擬內(nèi)存是使用軟件模擬的，例如在 32 位的操作系統(tǒng)下，那么每個進程都獨占 4GB 的虛擬內(nèi)存空間
- 創(chuàng)建子進程時，將父進程的虛擬內(nèi)存與物理內(nèi)存映射關(guān)系復(fù)制到子進程，并將內(nèi)存設(shè)置為只讀
- 當(dāng)子進程或者父進程對內(nèi)存數(shù)據(jù)進行修改的時候，便會觸發(fā)寫時復(fù)制機制，將原來的內(nèi)存頁復(fù)制一份新的，并重新設(shè)置其內(nèi)存映射關(guān)系，將父子進程的內(nèi)存讀寫權(quán)限設(shè)置為可讀寫。
缺頁異常，而在?缺頁異常?處理中會對物理內(nèi)存進行復(fù)制，并且重新映射其內(nèi)存映射關(guān)系，這也就是寫時復(fù)制的機制。回過頭來，對于 fork 來講，有以下兩種用法：- 一個父進程希望復(fù)制自己，使得父進程和子進程同時執(zhí)行不同的代碼段，這在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進程中是常見的，父進程等待客戶端的服務(wù)請求。當(dāng)這種請求到達的時候，父進程調(diào)用 fork ，使子進程處理此請求。父進程則繼續(xù)等待下一服務(wù)請求。
- 一個進程要執(zhí)行一個不同的程序，在這種情況下，子進程調(diào)用 fork 返回后立即調(diào)用 exec 。
- 系統(tǒng)中已經(jīng)有太多的進程了
- 該實際用戶 ID 的進程總數(shù)超過了系統(tǒng)限制
進程中止
進程有五種正常終止以及3種異常終止方式。首先敘述下5種正常的終止方式：- 在 main 函數(shù)中執(zhí)行 return 語句，這等效于調(diào)用 exit。
- 調(diào)用 exit 函數(shù)
- 調(diào)用 _exit或 _Exit，對于 _Exit 來說，其目的是為進程提供一種無需運行終止處理程序或者信號處理程序而終止的方法。
- 進程的最后一個線程在啟動例程中執(zhí)行 return 語句。但是，該線程的返回值不用作進程的返回值。當(dāng)最后一個線程從其啟動例程返回時，該進程以終止狀態(tài) 0 返回。
- 進程的最后一個線程調(diào)用?
pthread_exit函數(shù)，與前面一樣，進程的終止狀態(tài)總是?0。
- 調(diào)用?
abort,產(chǎn)生 SIGABRT 信號，這是下一種異常終止的特例。 - 當(dāng)進程收到某些信號時
- 最后一個進程對“取消”請求做出響應(yīng)
函數(shù) wait 和 waitpid
調(diào)用 wait 和 waitpid 會發(fā)生如下幾件事：- 如果所有子進程都還在運行，那么就阻塞
- 如果一個子進程已經(jīng)中止，正等待父進程獲取其終止狀態(tài)，則取得該子進程的終止狀態(tài)并返回
- 如果它沒有任何子進程，則立即出錯返回。
#include?
pid_t?wait(int?*statloc);
pid_t?waitpid(pid_t?pid,int?*statloc,int?options);
/*?兩個函數(shù)返回值:若成功，則返回進程 ID；若失敗，則返回?0?或者?-1 */
除了這兩個函數(shù)之外，類似的調(diào)用還有其他的函數(shù)，這里就不進行贅述了。競爭條件
當(dāng)多個進程都企圖對共享數(shù)據(jù)進行某種處理，而最后的結(jié)果又取決于進程運行的順序時，我們認為發(fā)生了競爭條件。如果在 fork 之后的某種邏輯顯示或隱式地依賴于在 fork 之后是父進程先運行還是子進程先運行，那么 fork 函數(shù)就會是競爭條件活躍的滋生地。如果一個進程希望等待一個子進程終止，則它必須調(diào)用 wait 函數(shù)中的一個，如果一個進程要等待其父進程終止，則可以使用下列形式的循環(huán)：while?(getppid()?!=?1)
????sleep(1);
這種形式的循環(huán)稱為輪詢，它的問題是浪費了 CPU 時間，因為調(diào)用者每隔 1s 都被喚醒，然后進行條件測試，為了避免競爭條件和輪詢，在多個進程之間需要有某種形式的信號發(fā)送和接收的方法。詳細地在下次進行敘述。函數(shù) exec
在使用了 fork 函數(shù)創(chuàng)建新的子進程后，子進程往往要調(diào)用一種 exec 函數(shù)以執(zhí)行另一個程序。當(dāng)進程調(diào)用一種 exec 函數(shù)時，該進程執(zhí)行的程序完全替換為新程序。通俗地理解這句話，也就是說，在 Window 平臺下，我們可以通過雙擊運行可執(zhí)行程序，讓這個可執(zhí)行程序成為一個進程；然而在 Linux 平臺下，我們可以通過運行?./，讓一個可執(zhí)行程序成為一個進程。如果我們本來就運行著一個程序（進程）,如何在這個進程內(nèi)部啟動一個外部程序，由內(nèi)核將這個外部程序讀入內(nèi)存，使其執(zhí)行起來成為一個進程呢？這里通過?exec函數(shù)族來實現(xiàn)。exec函數(shù)族，顧名思義，也就是一族函數(shù)，在 Linux 中，也不存在著exec()函數(shù)，exec指的是一組函數(shù) ：#include?
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,?char?*const?argv[]);
int?execvp(const?char?*file,?char?*const?argv[]);
int?execve(const?char?*path,?char?*const?argv[],?char?*const?envp[]);
其中只有execve()是真正意義上的系統(tǒng)調(diào)用，其它都是在此基礎(chǔ)上經(jīng)過包裝的庫函數(shù)。進程調(diào)用一種 exec 函數(shù)時，該進程完全由新程序替換，而新程序則從其 main 函數(shù)開始執(zhí)行。因為調(diào)用 exec 并不創(chuàng)建新進程，所以前后的進程 ID （當(dāng)然還有父進程號、進程組號、當(dāng)前工作目錄……）并未改變。exec 只是用另一個新程序替換了當(dāng)前進程的正文、數(shù)據(jù)、堆和棧段（進程替換）。execl()?示例代碼:#include?
#include?
int?main(int?argc,?char?*argv[])
{
?????printf("before?exec\n\n");
?????/*?/bin/ls：外部程序，這里是/bin目錄的 ls 可執(zhí)行程序，必須帶上路徑（相對或絕對）
?????? ls：沒有意義，如果需要給這個外部程序傳參，這里必須要寫上字符串，至于字符串內(nèi)容任意
???????-a，-l，-h：給外部程序 ls 傳的參數(shù)
?????? NULL：這個必須寫上，代表給外部程序 ls 傳參結(jié)束
????*/
?????execl("/bin/ls",?"ls",?"-a",?"-l",?"-h",?NULL);
?????//?如果?execl()?執(zhí)行成功，下面執(zhí)行不到，因為當(dāng)前進程已經(jīng)被執(zhí)行的?ls?替換了
?????perror("execl");
?????printf("after?exec\n\n");
?????return?0;
}
下面是代碼執(zhí)行的結(jié)果：小結(jié)
本次內(nèi)容的分享就到這里了，主要是敘述了Linux進程管理的相關(guān)內(nèi)容，其中就包括Linux進程創(chuàng)建，進程中止，進程等待等內(nèi)容，在下一則內(nèi)容中將著重分享進程間通信的相關(guān)內(nèi)容，每周一篇，堅持呀~
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