Linux-进程基础

Posted 2022-01-01 ptfe

知识点比较杂，需要注意逻辑联系

1、程序与进程的区别

程序是静态的，存放在磁盘上，是指令的集合。

进程是程序运行的实例，一个程序运行产生一次产生一个进程。

 

关于进程，每个进程都有自己的pid，都有自己的PCB，PCB（进程控制块）记录了进程使用到的资源。

进程是资源分配的基本的单位，但是不是执行的基本单位。

 

在Linux操作系统下，进程之间的关系是父子关系或者兄弟关系，所有的用户级的进程形成了一棵树。可以使用pstree查看。

pstree命令以树状图显示进程间的关系（display a tree of processes）。ps命令可以显示当前正在运行的那些进程的信息，但是对于它们之间的关系却显示得不够清晰。在Linux系统中，系统调用fork可以创建子进程，通过子shell也可以创建子进程，Linux系统中进程之间的关系天生就是一棵树，树的根就是进程PID为1的init进程。

常用参数

格式：pstree

以树状图显示进程，只显示进程的名字，且相同进程合并显示。

格式：pstree -p

以树状图显示进程，还显示进程PID。

格式：pstree <pid>

格式：pstree -p <pid>

以树状图显示进程PID为<pid>的进程以及子孙进程，如果有-p参数则同时显示每个进程的PID。

格式：pstree -a

以树状图显示进程，相同名称的进程不合并显示，并且会显示命令行参数，如果有-p参数则同时显示每个进程的PID。

因为pstree输出的信息可能比较多，所以最好与more/less配合使用。

 init是这棵树的树根，也是1好进程。是用户进程的第一个进程。环用户自定义变量不能被子进程继承，环境变量可以被子进程继承。

 

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2、创建新进程

使用fork（2）创建新进程

#include<unistd>

pid_t fork(void);

功能：

参数：

返回值：

　　失败：在父进程-1被返回，子进程不被创建，errno被设置

　　成功：在父进程里返回子进程的PID，子进程得到0的返回值

　　注意：这里不是一个函数返回两个值，而是已经存在了两个进程，是两个fork的返回值

 

可以使用ps -aux命令查看进程信息

 使用pstree查看进程树，Linux下的三个特殊进程：idle进程（PID=0），init进程（PID=1），和kthreadd（PID=2）

idle进程由系统自动创建，运行在内核态
idle进程其pid=0，其前身是系统创建的第一个进程，也是唯一一个没有通过fork或者kernel_thread产生的进程。完成加载系统后，演变为进程调度、交换。
kthreadd进程由idle通过kernel_thread创建，并始终运行在内核空间，负责所有内核进程的调度和管理。
它的任务就是管理和调度其他内核线程kernel_thread, 会循环执行一个kthread的函数，该函数的作用就是运行kthread_create_list全局链表中维护的kthread, 当我们调用kernel_thread创建的内核线程会被加入到此链表中，因此所有的内核线程都是直接或者间接的以kthreadd为父进程 。
init进程由idle通过kernel_thread创建，在内核空间完成初始化后，加载init程序
在这里我们就主要讲解下init进程，init进程由0进程创建，完成系统的初始化，是系统中所有其他用户进程的祖先进程
Linux中的所有进程都是由init进程创建并运行的。首先Linux内核启动，然后在用户空间中启动init进程，再启动其他系统进程。在系统启动完成后，init将变成为守护进程监视系统其他进程。
所以说init进程是Linux系统操作中不可缺少的程序之一，如果内核找不到init进程就会试着运行/bin/sh，如果运行失败，系统的启动也会失败。

 

 

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3、终止进程

exit（3）和return的区别，return是函数的返回（可以使用echo $?查看最近一次返回结果），exit是进程的结束

exit（3）

#include<stdlib.h>

void exit(int status)

功能：

　　终止一个正常进程，status&0377的值返回给父进程

参数：

　　status：状态码

返回值：

　　不返回

 

 

进程退出之前，需要调用一些处理函数进行资源清理，这些函数需要进行注册

atexit（3）

atexit函数是一个特殊的函数，它是在正常程序退出时调用的函数，我们把他叫为登记函数 

#include<stdlib.h>

int atexit(void (*func)(void))

功能

　　C 库函数 int atexit(void (*func)(void)) 当程序正常终止时，调用指定的函数 func。您可以在任何地方注册你的终止函数，但它会在程序终止的时候被调用。

参数

• func - 在程序终止时被调用的函数。

返回值

　　如果函数成功注册，则该函数返回零，否则返回一个非零值。

实例

　　下面的实例演示了 atexit() 函数的用法。

 

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

void functionA ()

   printf("这是函数A\\n");


int main ()

   /* 注册终止函数 */
   atexit(functionA );
   
   printf("启动主程序...\\n");

   printf("退出主程序...\\n");

   return(0);

在一个程序中最多可以用atexit()注册32个处理函数，这些处理函数的调用顺序与其注册的顺序相反，也即最先注册的最后调用，最后注册的最先调用。

执行结果：

执行 
before exit()!

on_exit(3)

相关函数 _exit，atexit，exit

函数原型

 #include<stdlib.h>
 int on_exit(void (* function)(int,void*),void *arg);
 返回值 如果执行成功则返回0，否则返回-1，失败原因存于errno中。

函数说明 on_exit()用来设置一个程序正常结束前调用的函数。当程序通过调用exit() 
或从main中返回时，参数function所指定的函数会先被调用，然后才真正由exit()结束 
程序。参数arg指针会传给参数function函数，详细情况请见范例。

 

 #include<stdlib.h>
void my_exit(int status,void *arg)

printf(“before exit()!\\n”);
printf(“exit (%d)\\n”,status);
printf(“arg = %s\\n”,(char*)arg);

main()

char * str=”test”;
on_exit(my_exit,(void *)str);
exit(1234);

执行结果：

执行 before exit()! 
exit (1234) 
arg = test

 

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4、子进程回收

进程结束后，父进程会回收子进程资源，wait（2）、waitpid（2）系统调用可以回收子进程资源。

如果父进程先于子进程结束，那么子进程的父进程将变为init进程。

wait（2）

#include<sys/type.h>

#include<sys/wait.h>

功能：

　　这些系统调用用于获取子进程状态变化和状态信息。状态的变化可以认为是：（1）子进程终止；（2）子进程被信号中止；子进程被信号唤醒。

参数：

　　

• 参数status如果不是一个空指针,则终止进程的终止状态就存放在statloc所指向的单元。
• 参数status如果是一个空指针,则表示父进程不关心子进程的终止状态

　　子进程的的退出状态存放在这块地址中，可以使用宏检测退出原因。

 　
　　WIFEXITED(status)：如果子进程正常结束则为非0 值.
　　WEXITSTATUS(status)：取得子进程exit()返回的结束代码, 一般会先用WIFEXITED 来判断是否正常结束才能使用此宏.
　　WIFSIGNALED(status)：如果子进程是因为信号而结束则此宏值为真
　　WTERMSIG(status)：取得子进程因信号而中止的信号代码, 一般会先用WIFSIGNALED 来判断后才使用此宏.
　　WIFSTOPPED(status)：如果子进程处于暂停执行情况则此宏值为真. 一般只有使用WUNTRACED时才会有此情况.
　　WSTOPSIG(status)：取得引发子进程暂停的信号代码, 一般会先用WIFSTOPPED 来判断后才使用此宏.

　　

kill命令用于删除执行中的程序或工作。

kill可将指定的信息送至程序。预设的信息为SIGTERM(15)，可将指定程序终止。若仍无法终止该程序，可使用SIGKILL(9)信息尝试强制删除程序。程序或工作的编号可利用ps指令或jobs指令查看。

返回值：　　

　　是一个阻塞函数，如果没有可以回收的子进程，则为阻塞状态

　　如果无子进程，则返回-1

　　如果回收成功，则返回子进程的pid

 
 1 #include <stdio.h>
 2 #include <sys/stat.h>
 3 #include <sys/types.h>
 4 #include <unistd.h>
 5 #include <wait.h>
 6 #include <errno.h>
 7 #include <stdlib.h>
 8 /***********************************************************
 9    
10     
11 
12 ***********************************************************/
13 void waitprocess();
14 
15 
16 int main(int argc, char * argv[])
17 
18   waitprocess();
19   
20 
21 
22 void waitprocess()
23 
24 
25   int count = 0;
26 
27   pid_t pid = fork();
28   int status = -1;
29   
30   if(pid<0)
31   
32     printf("fork error for %m\\n",errno );
33   else if(pid>0)
34   
35     printf("this is parent ,pid = %d\\n",getpid() );
36     wait(&status);//父进程执行到此，马上阻塞自己，直到有子进程结束。当发现有子进程结束时，就会回收它的资源。
37     
38   else
39   
40     printf("this is child , pid = %d , ppid = %d\\n",getpid(),getppid() );
41     int i;
42     
43     for (i = 0; i < 10; i++) 
44       count++;
45       sleep(1);
46       
47       printf("count = %d\\n", count)  ;
48       
49     
50 
51     exit(5);
52     
53   
54   printf("child exit status is %d\\n", WEXITSTATUS(status));//status是按位存储的状态信息，需要调用相应的宏来还原一下
55   
56   printf("end of program from pid = %d\\n",getpid() );
57   
58   
59 

 执行结果

 

 通常利用如下代码来判断进程的终止原因，和终止信号来源。

wait(&status);
...
//检测进程是否被信号终止
if(WIFSIGNALED(status))
       //输出终止子进程的信号编号
      printf（"signum:%d\\n",WTERMSIG(s));  

在命令行使用kill命令终止相关进程，上述代码即可输出终止进程的相关信息。

子进程终止，但是父进程并未回收子进程的相关资源，这时候子进程处于僵尸状态，成为僵尸进程

 

waitpid(2)

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

功能:

　　等待进程状态改变。waitpid可以等待任意子进程或者一组子进程的终止；可以设置成阻塞状态，也可以设置成非阻塞状态。

参数：

　　pid：
　　　　pid>0 只等待进程ID等于pid的子进程，不管其它已经有多少子进程运行结束退出了，只要指定的子进程还没有结束，waitpid就会一直等下去。
　　　　pid=-1 等待任何一个子进程退出，没有任何限制，此时waitpid和wait的作用一模一样。
　　　　pid=0时 等待同一个进程组中的任何子进程，如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid不会对它做任何理睬。
　　　　pid<-1 等待一个指定进程组中的任何子进程，这个进程组的ID等于pid的绝对值。

　　status：
　　　　参数status如果不是一个空指针,则终止进程的终止状态就存放在status所指向的单元。
　　　　参数status如果是一个空指针,则表示父进程不关心子进程的终止状态

　　option：

　　　　WNOHANG 若由pid指定的子进程未发生状态改变(没有结束)，则waitpid()不阻塞，立即返回0
　　　　WUNTRACED 返回终止子进程信息和因信号停止的子进程信息
　　　　WCONTINUED 返回收到SIGCONT信号而恢复执行的已停止子进程状态信息

　　　　0：阻塞
返回值：

　　成功 成功结束运行的子进程的进程号

　　失败 返回-1
　　WNOHANG被设置时 没有子进程退出返回0

wait(&status)等价于waitpid(-1,&status,0)

 

疑问：如果被设置为非阻塞，父进程先于子进程结束，子进程变为孤进程？由init调用wait回收？

 

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笔记参考： https://www.cnblogs.com/king-77024128/articles/2684317.html

https://www.cnblogs.com/leijiangtao/p/4483009.html