說一說?Linux?進(jìn)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(jìn)程的資源，進(jìn)程的狀態(tài)，以及進(jìn)程的屬性等相關(guān)內(nèi)容，在本則教程中，將著重敘述Linux進(jìn)程管理的內(nèi)容，其中就包括Linux進(jìn)程的創(chuàng)建，進(jìn)程的終止，進(jìn)程的等待相關(guān)內(nèi)容。Linux進(jìn)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(jìn)程的資源，進(jìn)程的狀態(tài)，以及進(jìn)程的屬性等相關(guān)內(nèi)容，在本則教程中，將著重敘述 Linux 進(jìn)程管理的內(nèi)容，其中就包括 Linux 進(jìn)程的創(chuàng)建，進(jìn)程的終止，進(jìn)程的等待相關(guān)內(nèi)容。Linux 進(jìn)程的創(chuàng)建
函數(shù) fork
現(xiàn)有的一個進(jìn)程可以調(diào)用 fork 函數(shù)創(chuàng)建一個新進(jìn)程：#include?
pid_t?fork(void);
/*?返回值：子進(jìn)程返回?0，父進(jìn)程返回子進(jìn)程 ID;若出錯，返回?-1 */
由 fork 創(chuàng)建的新進(jìn)程被稱為子進(jìn)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(jìn)程返回值是0，而父進(jìn)程的返回值是新建子進(jìn)程的進(jìn)程 ID，子進(jìn)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(jìn)程，fork?創(chuàng)建子進(jìn)程是以父進(jìn)程為模板的、下面是一個 fork 函數(shù)創(chuàng)建一個進(jìn)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(yùn)行結(jié)果：- 分配新的內(nèi)存塊和描述進(jìn)程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)給子進(jìn)程
- 將父進(jìn)程部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容拷貝到子進(jìn)程
- 添加子子進(jìn)程到系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)程獨(dú)立運(yùn)行，fork 之后，父子兩個執(zhí)行流分別運(yùn)行。且 fork 之后，由調(diào)度器決定運(yùn)行順序子進(jìn)程獲得父進(jìn)程數(shù)據(jù)空間、堆和棧的副本。需要注意的是，這是子進(jìn)程所擁有的副本。父進(jìn)程和子進(jìn)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(jìn)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(jìn)程和子進(jìn)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(jìn)程都獨(dú)占 4GB 的虛擬內(nèi)存空間
- 創(chuàng)建子進(jìn)程時，將父進(jìn)程的虛擬內(nèi)存與物理內(nèi)存映射關(guān)系復(fù)制到子進(jìn)程，并將內(nèi)存設(shè)置為只讀
- 當(dāng)子進(jìn)程或者父進(jìn)程對內(nèi)存數(shù)據(jù)進(jìn)行修改的時候，便會觸發(fā)寫時復(fù)制機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jī)制。回過頭來，對于 fork 來講，有以下兩種用法：- 一個父進(jìn)程希望復(fù)制自己，使得父進(jìn)程和子進(jìn)程同時執(zhí)行不同的代碼段，這在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)程中是常見的，父進(jìn)程等待客戶端的服務(wù)請求。當(dāng)這種請求到達(dá)的時候，父進(jìn)程調(diào)用 fork ，使子進(jìn)程處理此請求。父進(jìn)程則繼續(xù)等待下一服務(wù)請求。
- 一個進(jìn)程要執(zhí)行一個不同的程序，在這種情況下，子進(jìn)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(jìn)程了
- 該實際用戶 ID 的進(jìn)程總數(shù)超過了系統(tǒng)限制
進(jìn)程中止
進(jìn)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(jìn)程提供一種無需運(yùn)行終止處理程序或者信號處理程序而終止的方法。
- 進(jìn)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(jìn)程的返回值。當(dāng)最后一個線程從其啟動例程返回時，該進(jìn)程以終止?fàn)顟B(tài) 0 返回。
- 進(jìn)程的最后一個線程調(diào)用?
pthread_exit函數(shù)，與前面一樣，進(jìn)程的終止?fàn)顟B(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(jìn)程收到某些信號時
- 最后一個進(jìn)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(jìn)程都還在運(yùn)行，那么就阻塞
- 如果一個子進(jìn)程已經(jīng)中止，正等待父進(jìn)程獲取其終止?fàn)顟B(tài)，則取得該子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)并返回
- 如果它沒有任何子進(jìn)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(jìn)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(jìn)行贅述了。競爭條件
當(dāng)多個進(jìn)程都企圖對共享數(shù)據(jù)進(jìn)行某種處理，而最后的結(jié)果又取決于進(jìn)程運(yùn)行的順序時，我們認(rèn)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(jìn)程先運(yùn)行還是子進(jìn)程先運(yùn)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(jìn)程希望等待一個子進(jìn)程終止，則它必須調(diào)用 wait 函數(shù)中的一個，如果一個進(jìn)程要等待其父進(jìn)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(fèi)了 CPU 時間，因為調(diào)用者每隔 1s 都被喚醒，然后進(jìn)行條件測試，為了避免競爭條件和輪詢，在多個進(jìn)程之間需要有某種形式的信號發(fā)送和接收的方法。詳細(xì)地在下次進(jìn)行敘述。函數(shù) exec
在使用了 fork 函數(shù)創(chuàng)建新的子進(jìn)程后，子進(jìn)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(jìn)程調(diào)用一種 exec 函數(shù)時，該進(jìn)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(yùn)行可執(zhí)行程序，讓這個可執(zhí)行程序成為一個進(jìn)程；然而在 Linux 平臺下，我們可以通過運(yùn)行?./，讓一個可執(zhí)行程序成為一個進(jìn)程。如果我們本來就運(yùn)行著一個程序（進(jìn)程）,如何在這個進(jìn)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(jìn)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(jìn)程調(diào)用一種 exec 函數(shù)時，該進(jìn)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(jìn)程，所以前后的進(jìn)程 ID （當(dāng)然還有父進(jìn)程號、進(jìn)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(jìn)程的正文、數(shù)據(jù)、堆和棧段（進(jìn)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(jìn)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(jìn)程管理的相關(guān)內(nèi)容，其中就包括Linux進(jìn)程創(chuàng)建，進(jìn)程中止，進(jìn)程等待等內(nèi)容，在下一則內(nèi)容中將著重分享進(jìn)程間通信的相關(guān)內(nèi)容，每周一篇，堅持呀~
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