Linux-C语言编程-Day-1

末蓝、 2022-06-13 10:20 243阅读 0赞

#### 进程概念 ####

进程是程序在计算机上执行一次的过程，也就是一个执行中的程序，进程是一个独立的逻辑控制流，独占处理器，相当于工人和机器，进程具有私有的地址空间，独占存储器系统，相当于工厂；进程的本质是程序在地址空间中按照代码逻辑控制流执行的过程，同时进程是资源分配的最小单位；

##### 进程和程序的区别 #####

进程是动态的，并且具有生命周期，并且一个进程只能对应于一个程序；相反，程序是动态的指令集合，一个程序可以对应于多个进程；

##### 进程的状态 #####

就绪：Ready，当进程获得出CPU以外的所有的必要的资源时，进程进入就绪状态，也就是说当进程得到CPU就可以立即运行；  
 运行：Runing，进程正在占据CPU资源；  
 阻塞(Blocked)：进程犹豫等待某个事件发生而无法执行时，进程被迫放弃CPU执行资源；

#### 进程的创建 ####

##### 进程的查看 #####

Windows可以使用`tasklist` 例如：tasklist / F1 “PID eq 进程PID”`； 在`Linux`底下可以使用`ps`命令进行查看，`ps`命令的相关选项：  `user`：表示进程所属的用户；  `PID`：表示进程ID；  `ppid`：表示父进程ID；  `%CPU`：表示CPU占有率；  `%mem`：表示内存占有率；  `VSZ`：表示进程虚拟大小；  `RSS`：表示常驻内存，也就是内存中页面的数量；  `tty`：表示进程使用的终端；  `stat`：表示进程的状态；  `start`：表示启动进程的时间；  `TIME`：表示进程消耗CPU的时间；  `command`：表示打开进程的命令和参数；  进程状态标识符：   D:表示不可中断进程，Uninterruptible；   R:表示正在运行，或者在队列中的进程；   S:处于休眠状态；   T:进程处于停止或者被追踪状态；   Z:僵尸进程；   W:表示进入内存交换，从内核2.6以后开始失效；   X:表示死掉的进程；   <:表示高优先级；   n:表示低优先级；   s:表示包含子进程；   +:表示位于后台的进程组;  查看某个具体的进程：`ps -p pid`；`ps -Ｃ`在命令行进行查看；同样的还可以使用pstree进行查看，但是可能需要安装`yum install psmisc -y\`；同样的的还可以使用top命令动态的查看系统进程；

#### 进程的杀死 ####

windows：`task kill /F /PID` 或者`task kill /F /IM 程序名`  
 `linux`：`kill` 进程标识`PID`  
 与进程相关的文件一般在/proc/底下，通常是进程id作为目录名的文件；

#### 进程的操作 ####

进程的标识通常使用`pid`来完成，获取当前进程的id使用函数`pid_t getpid()`;获取当前进程父进程的`ID`使用函数`pid_t getppid()；`

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    
    int main(){
        printf("PID:%dPPID:%d\n",getpid(),getppid());//分别用于获得当前进程ID和父进程ID;
        for(;;);
    }

#### 关于进程的创建 ####

##### fork()函数 #####

函数失败时返回值是-1，返回值为0表示子进程逻辑控制流，如果返回值为其他，表示父进程控制流；  
 函数的特点:  
  1、调用一次，返回两次；  
  2、相同但是具有独立的地址空间；  
  3、可以并发执行；  
  4、这个函数的本质是函数堆栈数据，text文本的复制；  
函数的本质是父进程函数相关数据的复制，然后分叉出另一个函数；

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    int main(){
        printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
        pid_t pid = fork();
        fork();
        if(pid == 0){
       // child
            printf("this is child\n");
            printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
        }else{
            printf("this is father\n");
            printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
        }
        for(;;);
    }

子进程是父进程的副本，它将获得父进程数据空间、堆、栈等资源的副本。注意，子进程持有的是上述存储空间的“副本”，这意味着父子进程间不共享这些存储空间。  
fork02.c:这个函数是用来构建子进程，用来输出一些值；

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    int i = 100;
    int main(){
        int j=100;
        pid_t pid = fork();
        if(pid == 0){
       // child
            int k;
            for(k=0;k<10000;k++)
                printf("this is childi%d\t j%d\n",++i,++j);
        }else{
            int k;
            for(k=0;k<10000;k++)
                printf("this is fatheri%d\t j%d\n",--i,--j);
        }
    }

`fork03.c`：这个函数父进程在增加变量的值，子进程在减小函数的值，用来模拟两个进程的运行情况；

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    int i = 100;
    int main(){
        int j=100;
        FILE* fd = fopen("./test","w+");
        pid_t pid = fork();
        if(pid == 0){
       // child
            int k;
            for(k=0;k<10000;k++)
                fprintf(fd,"this is childi%d\t j%d\n",++i,++j);
        }else{
            int k;
            for(k=0;k<10000;k++)
                fprintf(fd,"this is fatheri%d\t j%d\n",--i,--j);
        }
    }

##### exec函数簇 #####

char **environ;  
    int execl (const char *path, const char *arg0, ..., (char*)0);  
    int execlp(const char *file, const char *arg0, ..., (char*)0);  
    int execle(const char *path, const char *arg0, ..., (char*)0, char *const envp[]);  
    int execv (const char *path, char *const argv[]);  
    int execvp(cosnt char *file, char *const argv[]);  
    int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

execl.c

#include<stdio.h>
    #include <unistd.h>
    
    extern char ** environ;
    
    int main(int argc,char **argv){
        execl("/bin/ps","ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0);
        return 0;
    }

execle.c

#include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    
    extern char **environ;
    
    int main(int argc,char **argv){
        execle("/bin/ps","ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0,environ);
        return 0;
    }

execlp.c

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    
    int main(int argc,char **argv){
        execlp("ps","ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0);
        return 0;
    }

execv.c

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    
    int main(){
        char *args[]={
       "ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0};
        execv("/bin/ps",args);
        return 0;
    }

execve.c

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    extern char **environ;
    
    int main(){
        char *args[]={
       "ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0};
        execve("/bin/ps",args,environ);
        return 0;
    }

execvp.c

#include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    
    int main(){
        char *argv[] = {
       "ps","-a","-o","pid,ppid,cmd,stat",0};
        execvp("ps",argv);
        return 0;
    }

函数命名的规律组总结  
v：表示第二个参数是数组；  
l：第二个参数之后是变参；  
p：第一个参数是文件名；  
e：最后一个参数是环境变量；  
常见的字符串数组函数  
`execv()，execvp()，execve()`  
可变参数函数  
`execle()，execlp()，execl()；`  
`exec.c`函数：  
 exec函数簇函数的返回值，-1表示失败，执行成功时，是不返回任何值的，这些函数具有以下特点：一次调用，失败返回；改朝换代，取而代之；但是函数的PID是不会变化的，变化的是程序地址空间的内容，exec函数簇函数的本质是覆盖原有函数，执行新的函数；

##### system(shell字符串) #####

这个函数是系统函数`int system`(shell 字符串或者命令)；函数的返回值为-1时，表示失败；函数的返回值是127时，表示无法启动`shell`；其它返回值用于表示函数的退出码；系统调用函数一次调用，一次返回；这个函数本质上是在执行shell命令；  
\*`system.c`

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    
    int main(int argc,char** argv){
        printf("PID:%d\n",getpid());    
        system("sleep 3&");
        printf("PID:%d\n",getpid());    
    }

#### 进程的结束 ####

对于`return`和`exit`来说，函数的执行属于寿终正寝，并且自己能够了结后事。`_exit()`函数属于自杀的情况，但是没有料理后事。`abort()`函数属于意外的死亡，也没有料理后事；信号终止属于他杀；料理后事表示的意思是程序结束以后，相关堆栈资源的回收工作；  
 `main()`函数`return 0` 是语言级别的退出，使用这种情况的退出，函数仍然需要调用`exit(0)`函数，`exit(0)`是函数级别的退出；  
 `exit(0)`，表示释放所有的静态的全局对象，缓存，关掉所有的IO通道，然后终止程序；`abort()`会直接终止程序，但是不会释放任何资源；  
 `exit(0)`函数在调用`_exit()`系统调用之前要检查文件的打开情况，吧文件缓冲区中的内容写回文件，清理IO缓冲，`exit(0)`是标准的C函数；  
 `_exit()`不做清理IO缓冲函数，`_exit()`是`Linux`系统调用；  
 main函数退出：  
main.c

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    int main(){
        printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
    
        return 100;
    }

exit函数退出  
exit函数一般用在main函数以外的函数退出

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    int main(){
        printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
        exit(EXIT_FAILURE);
        abort();
    }

`_exit`函数一般用来结束子进程  
这个函数暂时没有说明  
`abort()`函数一般用来异常退出

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    int main(){
        printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
        abort();
    }

还有一种方式–信号终止  
pause.c

#include <stdio.h>
    #include <signal.h>
    #include <unistd.h>
    void test(int sig){
        printf("revc a signal%d",sig);
    }
    
    int main(){
        signal(SIGINT,test);
        printf("before pause\n");
        pause();
        printf("after pause\n");
    }

#### 进程的停止 ####

`int sleep(unsigned int secs)`函数 ，`sece`用于表示休眠的秒数，如果指定为-1表示永久休眠，函数的返回值是未休眠的秒数；如果没有信号中断，休眠指定的秒数返回0，否则马上返回未休眠的秒数；

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <time.h>
    #include <strings.h>
    int main(){
        int i = 0;
        for(;;){
            time_t t;
            time(&t);
            struct tm* ptm =  gmtime(&t);
            char buf[BUFSIZ];
            bzero(buf,BUFSIZ);
            strftime(buf,BUFSIZ,"%P %T",ptm);
            printf("\r%s",buf);
            fflush(stdout);
            sleep(1);
        }
    }

`int pause()`函数返回值一定是-1，如果函数没有处理信号，直接中断，执行默认的信号处理，程序后续代码不再执行。如果程序存在信号处理，执行处理信号后，执行后续代码。

#include <stdio.h>
    #include <signal.h>
    #include <unistd.h>
    void test(int sig){
        printf("revc a signal%d",sig);
    }
    int main(){
        signal(SIGINT,test);
        printf("before pause\n");
        pause();
        printf("after pause\n");
    }

`pid_t wait(int * status)`:函数等价于`pid_t waitpid(-1,status,0)`；这个函数的参数包括：`pid`：小于-1时，表示的是等待进程组为pid的所有进程，-1：表示等待任何子进程；0：表示等待同组的进程；大于0：表示等待进程为`pid`的子进程；  
 `status`:参数的含义：  
  正常结束，`WIFEXITED(status)`参数为0时，表示的是正常结束任何子进程，0表示的是非正常结束子进程；`WEXITSTATUS()`表示取得子进程`exit()`返回的结束代码，一般会先用`WIFEXITED`来判断是否正常结束才是用这个宏定义；  
  异常结束：`WIFSIGNALED(ststus)`非0值表示异常结束子进程，0表示非异常结束子进程；`WTERMSIG(status)`，取得子进程因信号而终止的信号代码，一般先会用`WIFSIGNALED`来判断后才能使用宏；  
  暂停：`WIFSTOPPED(status)`，非0值表示暂停结束子进程，0表示暂停结束子进程；`WSTOPSIG(status)`，取得引发子进程暂停的信号代码，一般先用  
`WIFSTOPPED`来判断后才能使用此宏；  
 `option`，选项`WNOHANG`，若子进程没有结束，返回0，不予等待。若子进程结束，返回该子进程的ID；`WUNTRACED`，若子进程进入暂停状态，则马上返回，但子进程的结束状态不予理会。  
 返回值，-1表示失败；其他值表示等待的PID；  
wait.c:

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <wait.h>
    
    void handler(int sig){
        pid_t cpid = wait(NULL);
        printf("child %d exit",cpid);
    }
    
    int main(){
        signal(SIGCHLD,handler);
        printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
        pid_t pid = fork();
        if(pid == 0){
       // child
            sleep(2);
            printf("this is child\n");
            printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
        }else{
            printf("this is father\n");
            printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
        }
    }

wait02.c：

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <wait.h>
    
    void handler(int sig){
        int status;
        pid_t cpid = wait(&status);
        if(WIFEXITED(status)){
            printf("child exit by %d\n",WEXITSTATUS(status));
        }   
        if(WIFSIGNALED(status)){
            printf("child exit by signal %d\n",WTERMSIG(status));
        }
        printf("child %d exit\n",cpid);
    }
    
    int main(){
        signal(SIGCHLD,handler);
        printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
        pid_t pid = fork();
        if(pid == 0){
       // child
            sleep(2);
            printf("this is child\n");
            printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
            //exit(0);
        }else{
            printf("this is father\n");
            printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
            printf("leave:%d\n",sleep(5));
            //exit(200);
        }
        for(;;);
    }

#### 孤儿进程与僵尸进程 ####

孤儿进程：父进程先于子进程退出，`init`进程作为新的父进程，但是对于系统无害，`init`进程会回收这些系统资源；  
 僵尸进程：子进程退出，父进程没有获得子进程的状态信息，可以通过调用`wait(status)`或者调用`waitpid`函数来实现；  
waitpid.c

#include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <wait.h>
    
    int main(){
        printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
        pid_t pid = fork();
        if(pid == 0){
       // child
            sleep(2);
            printf("this is child\n");
            printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
            //exit(0);
        }else{
            printf("this is father\n");
            printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
            printf("pid:%d exit\n",waitpid(pid,NULL,0));
        }
    }

zomble.c:

#include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <wait.h>
    void handle(int sig){
        //wait(NULL);
        printf("this is child exit %d",sig);
    }
    int main(){
        signal(SIGCHLD,handle);
        printf("PID:%d,PPID:%d\n",getpid(),getppid());
        pid_t pid = fork();
        if(pid == 0){
       // child
            printf("this is child\n");
            printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
        }else{
            printf("this is father\n");
            printf("res:%d,PID:%d,PPID:%d\n",pid,getpid(),getppid());
            for(;;);
        }
    }

一个模拟简单shell的程序：  
shell.c

//这个程序是一个简单的shell程序，可以用于执行shell命令中不带有参数选项的命令；
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    #include <string.h>
    #include <signal.h>
    
    void handle(int sig){
        wait(NULL);
    }
    int main(){
        printf("welcome to sim shell\n");
        //
        signal(SIGCHLD,handle);
    
        for(;;){
            printf(">");
            fflush(stdout);
            char buf[BUFSIZ];
            bzero(buf,BUFSIZ);
            fgets(buf,BUFSIZ,stdin);
                size_t n = strlen(buf);
            if(buf[n-1] == '\n'){
                buf[n-1] = '\0';
            }       
            if(strcmp(buf,"quit")==0)
                break;
            //system(buf);
            char* argv[128];
            bzero(argv,128);
            char* p = buf;
            int index = 0;
            char* temp = NULL;
            do{ 
                temp =strtok(p," ");
                p = NULL;
                argv[index++] = temp;
            }while(temp != NULL);
            if(fork() == 0){
                execvp(argv[0],argv);   
            }
            //sleep(-1);
            pause();
        }   
    
        printf("sim shell exit\n");
        return 0;
    }