多线程学习（C/C++）

news2024/12/26 0:16:43

1.进程

        运行着的程序就是进程

        进程的特性：1.独立性 2.动态性 3.并发性

        （1）进程的状态

        进程一共有五种状态分别为：创建态，就绪态，运行态，阻塞态(挂起态)，退出态(终止态)其中创建态和退出态维持的时间是非常短的，稍纵即逝。我们主要是需要将就绪态, 运行态, 挂起态，三者之间的状态切换搞明白        

        就绪态: 万事俱备，只欠东风（CPU资源）

  • 进程被创建出来了，有运行的资格但是还没有运行，需要抢CPU时间片
  • 得到CPU时间片，进程开始运行，从就绪态转换为运行态。
  • 进程的CPU时间片用完了, 再次失去CPU, 从运行态转换为就绪态。


        运行态：获取到CPU资源的进程，进程只有在这种状态下才能运行

  • 运行态不会一直持续，进程的CPU时间片用完之后, 再次失去CPU，从运行态转换为就绪态
  • 只要进程还没有退出，就会在就绪态和运行态之间不停的切换。

        阻塞态：进程被强制放弃CPU，并且没有抢夺CPU时间片的资格

  • 比如: 在程序中调用了某些函数（比如: sleep()），进程又运行态转换为阻塞态（挂起态）
  • 当某些条件被满足了（比如：slee() 睡醒了），进程的阻塞状态也就被解除了，进程从阻塞态转换为就绪态。

         退出态: 进程被销毁, 占用的系统资源被释放了

  • 任何状态的进程都可以直接转换为退出态。

        创建子进程的过程就是cow（copy-on-write）写时拷贝

        写时拷贝（COW）：copy-on-write：多个调用者指向同一块地址空间，如果其中有一个要对地址空间的内容进行修改的话，就会拷贝一个内容、大小和原来地址空间一模一样的地址，然后再让要修改的变量指向拷贝的那一块地址空间，然后再进行修改。写时拷贝的优点：减少资源的占用，缺点：只是将资源的占用延后了

        （2）特殊进程
                1.僵尸进程             

        在一个启动的进程中创建子进程，这时候就有了父子两个进程，父进程正常运行, 子进程先与父进程结束, 子进程无法释放自己的PCB资源, 需要父进程来做这个件事儿, 但是如果父进程也不管, 这时候子进程就变成了僵尸进程。

                2.孤儿进程

        在一个启动的进程中创建子进程，这时候父子进程同时运行，但是父进程由于某种原因先退出了，子进程还在运行，这时候这个子进程就可以被称之为孤儿进程（跟现实是一样的）。

                3.守护进程

        守护进程(daemon)是一类在后台运行的特殊进程，用于执行特定的系统任务。很多守护进程在系统引导的时候启动，并且一直运行直到系统关闭。另一些只在需要的时候才启动，完成任务后就自动结束。（守护进程是一种特殊的孤儿进程）

1.Linux下查看系统进程信息的命令

ps aux
    - a: 查看所有终端的信息
    - u: 查看用户相关的信息
    - x: 显示和终端无关的进程信息

ps ajx

     - a: 查看所有终端的信息

     -j: 采用工作控制的格式显示进程状况

    - x: 显示和终端无关的进程信息

2.进程函数操作中使用的一些常用函数    

（1）创建子进程函数fork、vfork

#include<sys/type.h>

#include<unistd.h>

pid_t fork(void);

功能：

            在已有的进程基础上又创建一个子进程

参数：

            无

返回值：

             成功：

                  >0 子进程的进程号，标识父进程的代码区

                  =0 子进程的代码区

             失败：

                  -1 返回给父进程，子进程不会创建

#include<sys/type.h>

#include<unistd.h>

pid_t vfork(void);

功能：

            在已有的进程基础上又创建一个子进程

参数：

            无

返回值：

             成功：

                  >0 子进程的进程号，标识父进程的代码区

                  =0 子进程的代码区

             失败：

                  -1 返回给父进程，子进程不会创建

        

[1]fork与vfork的区别：

1）fork(): 子进程拷贝父进程的堆栈段、数据段，代码段

     vfork(): 子进程与父进程共享资源

2）fork(): 父子进程执行次序不确定

     vfork(): 保证子进程先运行，在调用exec()或exit()之前，与父进程数据共享，在exec()或exit()调用之后，父进程才能运行

（2）获取进程号函数 ：getpid、getppid
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
pid_t getpid(void);
功能：
     用来取得执行目前进程的pid号
参数：
     无
返回值：
      目前进程的pid号

#include<unistd.h>

#include<sys/types.h>

pid_t getppid(void);

功能：

        用来取得执行目前进程的父进程的pid号

参数：     

        无

返回值：      

        当前进程的父进程的pid号

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
    int num = 10;
    pid_t pid =  fork();
    //pid_t pid =  vfork();
    if(pid > 0){
        num += 10;
        printf("in parent child pid %d, %d\n",pid, num);
        exit(0); //退出进程
    }else if(0 == pid){
        num += 5;
        printf("in child pid %d, num  %d\n",getpid(), num);
        exit(0); //退出进程
    }else{
        printf("failed\n");
    }
    return 0;
}

运行结果：

 （3）进程回收函数wait、waitpid

        为了避免僵尸进程的产生，一般我们会在父进程中进行子进程的资源回收，回收方式有两种，一种是阻塞方式wait()，一种是非阻塞方式waitpid()

 3.进程间通信的方法

进程间的通信方式有：（一共7种方式）
1.管道：无名管道、有名管道
2.信号：信号 信号量
3.消息队列
4.共享内存
5.套接字

（1）进程间通信——无名管道pipe
         1.创建无名管道函数pipe

#include <fcntl.h>

#include <unistd.h>

int pipe(int pipefd[2])

作用：创建一个匿名管道，用来进程间通信；

参数：

        int pipefd[2]这个数组是一个传出参数；

                pipefd[0] 对应管道的读端；

                pipefd[1] 对应管道的写端；

返回值：

        成功 0；

        失败-1；

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
    int fd[2] = {-1, -1}; //fd[0]是读端 fd[1]是写端
    int res = pipe(fd);
    if(res == -1){
        perror("create pipe failed");
        return -1;
    }
    pid_t pid = fork();
    if(pid > 0){
        wait(NULL); //等待子进程退出
        printf("in parent\n");
        char buf[100] = {0};
        read(fd[0], buf,100);
        printf("recv %s",buf);
        exit(0);
    }else if(pid == 0){
        printf("in child\n");
        write(fd[1], "hello", 5);
        exit(0); //系统退出，退出进程
    }
    return 0; //函数的返回
}

 运行结果：

（2）进程间通信——有名管道mkfifo
        1.创建无名管道函数（mkfifo——创建管道文件）

#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>

int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);

功能：

        创建一个管道文件

参数：

        filename：管道文件名

        mode：管道文件权限

               O_RDONLY：读管道

　　　　O_WRONLY：写管道

　　　　O_RDWR：读写管道

　　　　O_NONBLOCK：非阻塞

返回值：

        若函数成功执行则返回值为0

        失败返回-1

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<fcntl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
int main(){
    int ret = mkfifo("myfifo",0666); //创建管道文件
    if(ret == -1){
        perror("mkfifo");
        return -1;
    }
    int fd = open("myfifo", O_RDWR);
    pid_t pid = fork();
    if(pid > 0){
        wait(NULL);
        printf("in parent\n");
        char buf[100] = {0};
        read(fd, buf,100);
        printf("recv %s",buf);
        exit(0);
    }else if(pid == 0){
        printf("in child\n");
        write(fd, "hello", 5);
        exit(0); //系统退出，退出进程
    }
    return 0; //函数的返回
}

运行结果：

 

（3）进程间通信——信号signal

Linux中的信号：可以用kill -l命令查看 

#include<signal>

typedef void(*sighandler_t)(int);

sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

功能:

        设置某个信号的捕捉行为
参数:
            signum:要捕捉的信号
            handler:捕捉到信号要如何处理
                        SIG_IGN:忽略信号
                        SIG_DFL:使用信号默认的行为

 回调函数:

                这个函数是内核调用，程序员只负责写，捕捉到信号后如何去处理信号。
 回调函数:
             需要程序员实现，提前准备好的，函数的类型根据实际需求，看函数指针的定义不是程序员调用，而是当信号产生，由内核调用函数指针是实现回调的手段，函数实现之后，将函数名放到函数指针的位置

返回值:
            成功返回上一次注册的信号处理函数的地址。第一次调用返回NULL
            失败返回SIG_ERR,设置错误号
            9）SIGKILL 和 19）SIGSTOP 不能被捕捉和忽略

#include <sys/types.h>

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

功能：

        发送一个信号给进程号为pid的进程

参数：

        pid：进程的id

        sig：要发送信号

返回值：

        成功返回0

        错误返回-1

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

void sighandle(int signum){
    printf("signum is %d\n",signum);
}
int main(){
    pid_t pid = fork();
    if(pid > 0){
        //signal(SIGQUIT,SIG_IGN); //SIG_IGN忽视信号
        //signal(SIGQUIT,SIG_DFL); //SIG_DFL默认的方式去处理
        signal(SIGQUIT,sighandle); //自定义处理
        wait(NULL);
        printf("in parent\n");
        exit(0);
    }else if(pid == 0){
        printf("in child\n");
        kill(getppid(),3);//SIGQUIT == 3 //getppid()获取进程的父进程pid号
        exit(0); //系统退出，退出进程
    }
    return 0; //函数的返回
}

运行结果：

 

（4）消息队列——msgget、msgrcv、msgsnd

        在Linux中查看消息队列命令：ipcs -q 

#include <sys/types.h>

#include <sys/ipc.h>

#include <sys/msg.h>

int msgget(key_t key, int msgflg);

功能：

        创建或打开消息队列 

参数：

         key：和消息队列关联的key值

        msgflg：

                0：取消息队列标识符，若不存在则函数会报错

                IPC_CREAT：当msgflg&IPC_CREAT为真时，如果内核中不存在键值与key相等的消息队列，则新建一个消息队列；如果存在这样的消息队列，返回此消息队列的标识符

                IPC_CREAT|IPC_EXCL：如果内核中

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