Linux系统调用——进程控制(C/C++)(Linux)

我不是女神ヾ 2022-05-16 06:18 131阅读 0赞

# **系统调用——进程控制** #

### **什么是进程？** ###

进程是**资源分配的最小单元，**是一个具有一定独立功能的程序的**一次运行活动**。每个进程都是一个**独立的运行单元。**

### **进程与程序的区别？** ###

（1）**程序是放到磁盘的可执行文件****，****进程是指程序执行的实例**。

（2）**进程是动态的，程序是静态的。**程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和可以复制

（3）**1个程序可以对应多个进程，但1个进程只能对应1个程序。**

### **进程的生命周期？** ###

（1）**创建。**每个进程都由父进程创建，进程也可创建子进程。

（2）**运行。**多个进程可以同时存在，进程间可以通信。

（3）**撤销。**进程可被父进程撤销。

**·** 最简单的创建进程的方法就是在终端中输入 ./test （test是事先编译好的程序）。

**·** 在终端输入命令 **ps -elf** 可以**查看当前所有进程的信息，**进程ID、父进程ID、进程状态等

**·** 为了不让 test 立即结束可以在 test.c 中编写代码的时候加入  **while(1)；** 保证程序一直执行。

然后使用 **ps -elf | grep test** 命令可以查看刚才启动的进程 ./test

**·** 对任何一个进程不断上溯，最终的父进程就是 1号进程Init 。Init的父进程是0号进程，是一个内核进程。

**·** 在终端输入命令 **kill -9 \[进程号\]** 可以杀死进程

使用命令 **kill -l** 可以查看kill的一些宏定义

### **进程运行的三种基本状态？** ###

进程的运行有三种状态：

**执行状态**：进程正在占用CPU。

**就绪状态**：资源分配就绪。等待分配CPU的处理时间片。

**等待状态**：进程不能使用CPU。等待事件发生将其唤醒。

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### Linux中进程的组成？ ###

Linux中的进程包含3个段，分别为**数据段**、**代码段**和**堆栈段**。

**数据段，**存放的是全局变量、常量、静态变量；

**代码段，**存放的是程序的可执行代码。

**堆栈段，栈**存放的是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量等。**堆**存放的是动态分配的数据空间。

### **什么叫进程互斥？** ###

进程互斥是指任何时刻只允许一个进程使用某共享资源。也就是说，对于系统的某个资源，如果有一个进程在使用它，其他进程就必须等待，不能同时使用。

### **进程调度的方式？** ###

进程调度可分为两种方式：**抢占式、非抢占式**。后者现在基本看不到。

进程调度是一个很复杂的东西，在此不多作介绍。

### 调度算法？ ###

有以下几种调度算法：

先来先服务调度算法

短进程优先调度算法

高优先级优先调度算法

**时间片段轮转算法**

前两种是早期的使用，现在也是基本看不到了。现在大部分的操作系统都使用的后两者的结合。

当然还有其他的调度算法，可以看看这篇博文 [https://blog.csdn.net/GitChat/article/details/81703229][https_blog.csdn.net_GitChat_article_details_81703229]

### 什么叫死锁？ ###

死锁是由于多个进程**因竞争资源而形成的一种僵局**。若无外力作用，这些进程都将**永远不能向前推进**。

### 什么叫孤儿进程，什么叫僵尸进程？ ###

在Linux中，正常情况下，子进程由父进程创建，子进程再创建新的子进程。子进程的结束和父进程的运行是一个异步过程，即父进程永远无法预测子进程到底是什么时候结束。当一个进程完成它的工作终止之后，它的父进程需要调用wait()或者waitpid()系统调用取得子进程的终止状态。

**孤儿进程：**顾名思义，就是没有了父进程的进程。如果一个父进程退出了，但它的一个或多个子进程还在运行，那么那些子进程将成为孤儿进程。这些**孤儿进程会被init进程接管**，并由init进程对它们完成状态收集工作。

**僵尸进程：**子进程已经退出，而父进程没有调用wait()或waitpid()获取这个子进程的状态信息，于是父进程就不知道这个子进程有没有退出结束，也就没去回收子进程，最终导致子进程的**进程描述符仍然保存在系统中**。这种进程称之为僵尸进程。

总的来看孤儿进程不会有什么危害，因为孤儿进程最终还有init进程来善后。而僵尸进程如果一直不释放就会一直占用进程号，如果大量的产生僵尸进程，将因为没有可用的进程号导致系统不能产生新的进程，这种情况应该避免。

关于孤儿进程与僵尸进程更详细的解释可以看看这篇博文 [https://www.cnblogs.com/Anker/p/3271773.html][https_www.cnblogs.com_Anker_p_3271773.html]

### 进程控制函数 ###

**1.fork**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>函数用法</th> 
   <td> <p>#include &lt;sys/types.h&gt;</p> <p>#include &lt;unistd.h&gt;</p> <p>pid_t fork(void);</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数功能</th> 
   <td> <p>创建一个子进程</p> <p>除了PID和PPID不同，这个子进程复制了父进程的地址空间，并且在父进程作写操作时再次复制。</p> <p>但不会继承父进程的文件锁和挂起信号。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数返回值</th> 
   <td> <p>fork这个函数很特殊，因为它有2个返回值，可能有三个不同的返回值</p> <p>创建失败，返回-1, 并产生一个errno</p> <p>创建成功，子进程返回0，父进程返回子进程的进程id</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

程序运行时，父进程和子进程的执行顺序是随机的。在rehat上子进程先运行的概率大一些，在ubuntu上父进程运行的概率大一些。

**2.vfork**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>函数用法</th> 
   <td> <p>#include &lt;sys/types.h&gt;</p> <p>#include &lt;unistd.h&gt;</p> <p>pid_t vfork(void);</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数功能</th> 
   <td> <p>和fork()一样都是创建一个子进程</p> <p>有所不同的是vfork()创建的子进程共享了父进程的地址空间。</p> <p>通常配合exec族函数使用</p> <p>&nbsp;</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数返回值</th> 
   <td> <p>创建失败，返回-1, 并产生一个errno</p> <p>创建成功，子进程返回0，父进程返回子进程的进程id</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

vfork()创建了子进程，在程序执行时一定是子进程优先执行，而且等到子进程执行完了父进程才执行。

vfork()创建的子进程再使用exec调用了新程序后，父进程就不需要再等它了。

**3.exec族函数**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>函数用法</th> 
   <td> <p>#include &lt;unistd.h&gt;</p> <p>extern char **environ;</p> <p>int execl(const char *path, const char *arg, ...);<br> int execlp(const char *file, const char *arg, ...);<br> int execle(const char *path, const char *arg,&nbsp;..., char * const envp[]);<br> int execv(const char *path, char *const argv[]);<br> int execvp(const char *file, char *const argv[]);</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数功能</th> 
   <td> <p>用被执行的程序替换调用它的程序</p> <p>path&amp;file：被执行的文件名，需要绝对路径。</p> <p>arg，...&amp;argv：被执行的程序所需要的命令行参数，包括程序，以空指针NULL结束。</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数返回值</th> 
   <td> <p>错误返回 -1 并产生一个errno</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

exec会启动一个新程序来替换原有进程，因此进程ID不会改变

**4.wait & waitpid**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>函数用法</th> 
   <td> <p>#include &lt;sys/types.h&gt;<br> #include &lt;sys/wait.h&gt;</p> <p>pid_t wait(int *status);<br> pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数功能</th> 
   <td> <p>wait的功能是等待任意一个子进程结束(阻塞)，然后回收子进程资源。</p> <p>waitpid的功能是暂时停止目前进程的执行，直到信号来到或指定的子进程结束。然后回收子进程资源。</p> <p>status：子进程的状态</p> <p>pid：指定的子进程的PID</p> <p>options：通常设置为0</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数返回值</th> 
   <td> <p>错误返回 -1 并产生一个errno</p> <p>成功，wait()返回结束的子进程的PID， waitpid()返回状态改变了的子进程的PID</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

WIFEXITED(status)判断子进程是否正常退出，返回非0

WEXITSTATUS(status)获取子进程退出状态

**5.exit&\_exit**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>函数用法</th> 
   <td> <p>#include &lt;stdlib.h&gt;</p> <p>void exit(int status);</p> <p>#include &lt;unistd.h&gt;</p> <p>void _exit(int status);</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数功能</th> 
   <td> <p>使进程退出</p> <p>status：传递进程结束状态，一般来说0表示正常退出</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数返回值</th> 
   <td> <p>无返回值</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

\_exit()的作用是直接使进程停止，清除其使用的内存空间，并清除其在内核的各种数据结构

exit()在执行退出前会检查文件的打开情况，把文件缓冲区中的内容写回文件，即清理I/O缓冲。

**6.kill**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>函数用法</th> 
   <td> <p>#include &lt;sys/types.h&gt;<br> #include &lt;signal.h&gt;</p> <p>int kill(pid_t pid, int sig);</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数功能</th> 
   <td> <p>发送信号</p> <p>pid：进程ID</p> <p>sig：要发送的信号</p> <p>如果pid有效，kill会把信号发送给pid</p> <p>如果pid=0，kill会把信号发送给当前进程所在的进程组的每个进程</p> <p>如果pid=-1，kill会把信号发送给具有发送信号权限的每个进程，除了init</p> <p>如果pid&lt;-1，kill会把信号发送给进程组-pid的每个进程</p> <p>如果sig=0，kill不会发送信号，错误检测不会报错</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数返回值</th> 
   <td> <p>错误返回 -1</p> <p>成功返回 0</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**7.raise**

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>函数用法</th> 
   <td> <p>#include &lt;signal.h&gt;</p> <p>int raise(int sig);<br> &nbsp;</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数功能</th> 
   <td> <p>发送信号给自己</p> <p>等同于&nbsp; &nbsp;kill(getpid(), sig);</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数返回值</th> 
   <td> <p>错误返回 -1</p> <p>成功返回 0</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

8.signal

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <th>函数用法</th> 
   <td> <p>#include &lt;signal.h&gt;</p> <p>&nbsp;typedef void (*sighandler_t)(int);</p> <p>&nbsp;sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数功能</th> 
   <td> <p>处理信号，及设置信号的默认处理 信号的安装与回复</p> <p>signum：要处理的信号，可以在终端使用kill&nbsp;-l命令查看有哪些系统宏定义的信号</p> <p>handler：选择处理信号的方式，是系统默认SIG_DFL还是忽略SIG_ING还是捕获(函数入口地址)</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <th>函数返回值</th> 
   <td> <p>错误返回 SIG_ERR</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

关于忽略SIG\_ING，信号编号 -9 和 -19 是忽略不了的，还有一些特殊的也忽略不了

进程控制方面的系统调用远不止这些，想了解更多请转[https://blog.csdn.net/x18261294286/article/details/81748038][https_blog.csdn.net_x18261294286_article_details_81748038]有对大部分常用系统调用和系统调用派生函数的简单介绍。

[70]: /images/20220516/db19e30bcb1e40c8a4f513dad2818284.png
[https_blog.csdn.net_GitChat_article_details_81703229]: https://blog.csdn.net/GitChat/article/details/81703229
[https_www.cnblogs.com_Anker_p_3271773.html]: https://www.cnblogs.com/Anker/p/3271773.html
[https_blog.csdn.net_x18261294286_article_details_81748038]: https://blog.csdn.net/x18261294286/article/details/81748038