Linux下的系统编程——进程（七）

前言：

程序是指储存在外部存储(如硬盘)的一个可执行文件, 而进程是指处于执行期间的程序, 进程包括代码段(text section) 和数据段(data section), 除了代码段和数据段外, 进程一般还包含打开的文件, 要处理的信号和CPU上下文等等.下面让我们开始对Linux进程的学习吧

一、进程的概念：

1.程序与进程区别：

程序：死的。只占用磁盘空间。 ——剧本。

进程；活的。运行起来的程序。占用内存、cpu等系统资源。 ——戏。

2.并发：

并发，在操作系统中，一个时间段中有多个进程都处于已启动运行到运行完毕之间的状态。但，任一个时刻点上仍只有一个进程在运行。
例如，当下，我们使用计算机时可以边听音乐边聊天边上网。若笼统的将他们均看做一个进程的话，为什么可以同时运行呢，因为并发。

3.单道程序设计：

所有进程一个一个排对执行。若A阻塞，B只能等待，即使CPu处于空闲状态。而在人机交互时阻塞的出现时必然的。所有这种模型在系统资源利用上及其不合理，在计算机发展历史上存在不久，大部分便被淘汰了。

4.多道程序设计：

        在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行。多道程序设计必须有硬件基础作为保证。
        时钟中断即为多道程序设计模型的理论基础。并发时，任意进程在执行期间都不希望放弃cpu。因此系统需要一种强制让进程让出 cpu资源的手段。时钟中断有硬件基础作为保障，对进程而言不可抗拒。操作系统中的中断处理函数，来负责调度程序执行。
        在多道程序设计模型中，多个进程轮流使用CPU(分时复用CPu资源)。而当下常见CPu为纳秒级，1秒可以执行大约10亿条指令。由于人眼的反应速度是毫秒级，所以看似同时在运行。
        1s = 1000ms, 1ms = 100Ous,1us = 1000hs 1000000000
实质上，并发是宏观并行，微观串行! ----推动了计算机蓬勃发展，将人类引入了多媒体时代。

5.CPU和MMU：

虚拟内存与物理内存映射关系

6.进程控制块PCB：

我们知道，每个进程在内核中都有一个进程控制块(PCB)来维护进程相关的信息，Linux内核的进程控制块是task_struct结构体。
/usr/src/linux-headers-3.16.0-30/include/linux/sched.h.文件中可以查看struct task_struct结构体定义。其内部成员有很多，我们重点掌握以下部分即可:·

本质：结构体

进程id，系统中每个进程有唯一的id，在C语言类型中用pid_t类型表示，其实就是一个非负整数

文件描述符表

进程状态：初始态、就绪态、运行态、挂起态、终止态。

进程工作目录位置

*umask掩码（不是最重要的）

信号相关信息资源。

用户id和组id

7.进程状态：

进程基本的状态有5种。分别为初始态，就绪态，运行态，挂起态与终止态。其中初始态为进程准备阶段，常与就绪态结合来看。

二、环境变量：

1.PATH:

可执行文件的搜索路径。ls命令也是一个程序，执行它不需要提供完整的路径名/bin/ls，然而通常我们执行当前目录下的程序a.out却需要提供完整的路径名.l/a.out，这是因为PATH环境变量的值里面包含了ls命令所在的目录/bin，却不包含a.out所在的目录。PATH环境变量的值可以包含多个目录，用:号隔开。在shell 中用echo命令可以查看这个环境变量的值:

$echo $PATH

2.SHELL:

当前Shell，它的值通常是： /bin/bash

3.TERM:

当前终端类型，在图形界面终端下的值通常是xterm。终端类型决定了一些程序的输出显示方式，比如图形界面终端可以显示汉字，而字符终端一般不行。

4.LANG.

语言和 locale，决定了字符编码以及时间、货币等信息的显示格式。

5.HOME

当前用户主目录的路径,很多程序需要在主目录下保存配置文件，使得每个用户在运行该程序时都有自己的一套配置。

三、进程控制

1.fork（重点）：

pid_t fork(void)

创建子进程。父子进程各自返回。父进程返回子进程pid。子进程返回 0.

getpid();getppid();

循环创建N个子进程模型。每个子进程标识自己的身份。

（1） fork函数原理：

（2）创建子进程

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

int main(int argc,char *argv[])
{
		printf("before fork -1-\n");
		printf("before fork -2-\n");
		printf("before fork -3-\n");
		printf("before fork -4-\n");
		
		pid_t pid = fork();
		if(pid == -1){
			perror("fork error !\n");
			exit(1);
		}else if(pid == 0){
			printf("child is created\n");
		}else if(pid > 0){
			printf("parent process : my child is %d\n",pid);
		}

		printf("end of file\n");
		return 0;
}

循环创建n个子进程

一次fork函数调用可以创建一个子进程。那么创建N个子进程应该怎样实现呢?简单想

for(i= 0; i< n; i++)fork()}即可。但这样创建的是N个子进程吗?

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

int main(int argc,char *argv[])
{
	int i;
	pid_t pid;

	for(i = 0;i < 5;i++){
		if(fork() == 0)
			break;
	}

	if(i == 5)
		printf("I'm parent \n");
	else
		printf("I'm %dth child\n",i+1);

	return 0;
}

CPU抢夺现象：

如果出现3这种情况，说明子进程没有抢过bash进程，没有争过bash的CPU

避免父进程超越子进程的办法：

增加一个sleep进行延时打印父进程


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

int main(int argc,char *argv[])
{
	int i;
	pid_t pid;

	for(i = 0;i < 5;i++){
		if(fork() == 0)
			break;
	}

	if(i == 5){
		sleep(2);
		printf("I'm parent \n");
	}
	else{
        sheep(i);
		printf("I'm %dth child\n",i+1);
	}
	return 0;
}

2.getpid和getppid:

getpid():获取当前进程ID

pid_t getpid(void);

getppid 函数:获取当前进程的父进程 ID

pid_t getppid(void);

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

int main(int argc,char *argv[])
{
		printf("before fork -1-\n");
		printf("before fork -2-\n");
		printf("before fork -3-\n");
		printf("before fork -4-\n");
		
		pid_t pid = fork();
		if(pid == -1){
			perror("fork error !\n");
			exit(1);
		}else if(pid == 0){
			printf("child is created,pid = %d,parent-pid:%d\n",getpid(),getppid());
		}else if(pid > 0){
			printf("parent process : my child is %d,my pid :%d,my parent_pid:%d\n",pid,getpid(),getppid());
		}

		printf("end of file\n");
		return 0;
}