linux中进程相关概念（一）

news2024/12/25 12:41:58

什么是程序，什么是进程，有什么区别？

程序是静态的概念，当我们使用gcc xxx.c -o pro进行编译时，产生的pro文件，就是一个程序。
进程是程序的一次运行活动，通俗点就是说程序跑起来了就是进程。

如何查看系统中有哪些进程？

1.使用ps指令查看
实际工作中，配合grep来查找程序中是否存在某一个进程

ps -aux	//来查看整个系统中的进程
//但是在实际工作过程中，往往我们只需要查看某个进程的运行情况，此时可以用grep关键字
//比如我们需要查找init进程，通过grep过滤即可
ps -aux|grep init

2.使用top指令查看，类似windows任务管理器
在这里插入图片描述

什么是进程标识符？

每个进程都有一个非负整数表示唯一的id，叫做pid，类似身份证
pid=0；称为交换进程，作用是进程调度
pid=1；称为init进程，作用是系统初始化

getpid

可以通过getpid获取进程的pid号
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

pid_t getpid(void);

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
        //pid_t getpid(void);
        pid_t pid;
        pid = getpid();
        printf("my pid is: %d\n",pid);

        while(1);
        return 0;
}

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

什么叫父进程，什么叫子进程？

进程A创建了进程B
那么A叫做父进程，B叫做子进程，父子进程是相对的概念，理解为人类中的父子关系

C程序的存储空间是如何分配的？

代码段（正文）：if else 、swtich case等算法代码段。
初始化数据段：初始化过的数据。
非初始化数据段（bss段）：未被初始化的数据。
堆：存放malloc的数据。
栈：函数递归调用返回地址，局部变量等数据。
命令行参数和环境变量：argc，argv等

编程创建进程

fork

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);


#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
        //pid_t getpid(void);
        pid_t pid;
        pid = getpid();

        fork();

        printf("my pid is: %d\n",pid);

        return 0;
}

运行这段代码，会发现返回两个pid
my pid is: 12296
my pid is: 12296
在fork之前有一个进程，通过fork创建了一个进程，我们可以理解为第一个进程printf了一次，第二个进程也printf了一次，因此会出现两个pid号。我们可以通过getpid的方法来找出新进程的pid：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
        //pid_t getpid(void);
        pid_t pid;
        pid = getpid();

        fork();

        printf("my pid is: %d,current pid is:%d\n",pid,getpid());

        return 0;
}

运行结果：
my pid is: 12376,current pid is:12376
my pid is: 12376,current pid is:12377
第一行的两个pid都相等，代表了这是原先的进程，第二行打印出一个新的pid，说明这是我们新创建的进程。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
        //pid_t getpid(void);
        pid_t pid;
        pid = getpid();

        fork();

        if(pid == getpid()){
                printf("this is father process,father pid is:%d\n",pid);
        }else{
                printf("this is son process,sun pid is:%d\n",getpid());
        }

        return 0;
}

运行结果：
this is father process,father pid is:12437
this is son process,sun pid is:12438
说明子进程和父进程都会执行这段代码，只不过两个进程会进入不同的分支。

研究fork的返回值

返回值为0说明为子进程
返回值大于0说明为父进程，并且值为子进程的pid号


#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
        //pid_t getpid(void);
        pid_t pid;

        printf("current pid is:%d\n",getpid());

        pid = fork();

        if(pid > 0){
                printf("this is father process,father pid is:%d\n",getpid());
        }else if(pid == 0){
                printf("this is son process,sun pid is:%d\n",getpid());
        }

        return 0;
}

运行结果：
current pid is:12567
this is father process,father pid is:12567
this is son process,sun pid is:12568

fork时发生了什么事情

以前的版本，我们在fork之后会将原先的地址空间全部拷贝一份，而现在的版本我们采用写时拷贝，只有在我们在子进程中修改每一个参数的值的时候，才从父进程中拷贝一份这个数据到子进程地址空间去。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
        //pid_t getpid(void);
        pid_t pid;
        int data = 10;
        printf("current pid is:%d\n",getpid());

        pid = fork();

        if(pid > 0){
                data+=10;
                printf("this is father process,father pid is:%d,data=%d\n",getpid(),data);
        }else if(pid == 0){
                printf("this is son process,sun pid is:%d,data=%d\n",getpid(),data);
        }
        return 0;
}

运行结果：
current pid is:12889
this is father process,father pid is:12889,data=20
this is son process,sun pid is:12890,data=10

创建子进程的目的

应用场景1. 创建子进程响应客户端请求

父进程自身作为一个服务器，当收到一个客户端发来的请求时，就fork一个子进程来响应这个请求。
我们可以用while循环来模拟一下这个过程：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
        //pid_t getpid(void);
        pid_t pid;
        int data;

        while(1){
                printf("please input a data\n");
                scanf("%d",&data);
                if(data == 1){
                        pid = fork();

                        if(pid > 0){
                        }else if(pid == 0){
                                while(1){
                                        printf("do net request,pid=%d\n",getpid());
                                        sleep(3);
                                }
                        }

                }else{
                        printf("wait,no request\n");
                }
        }
        return 0;
}

在这里插入图片描述
ps -aux|grep myPro
Warning: bad ps syntax, perhaps a bogus ‘-’? See http://procps.sf.net/faq.html
CLC 13052 0.0 0.0 4164 352 pts/2 S+ 22:09 0:00 ./myPro
CLC 13053 0.0 0.0 4164 96 pts/2 S+ 22:09 0:00 ./myPro
CLC 13054 0.0 0.0 4164 96 pts/2 S+ 22:09 0:00 ./myPro
CLC 13055 0.0 0.0 4164 96 pts/2 S+ 22:09 0:00 ./myPro
CLC 13058 0.0 0.0 13588 940 pts/3 S+ 22:10 0:00 grep --color=auto myPro
可以看到父进程为13052，而53，54，55都是我们创建的子进程来响应客户端的请求。

应用场景2. 一个进程要执行一个不同的程序

这对shell时常见的情况。在这种情况下，子进程从fork返回后立即调用exec，在后续会学习该方面知识。

fork总结

由fork创建的新进程被称为子进程。fork函数被调用一次，但返回两次。两个返回的唯一区别是子进程的返回值是0，而父进程的返回值则是新子进程的进程pid。将子进程id返回给父进程的理由是：因为一个进程的子进程可以有多个，并且没有一个函数使一个进程可以获得其所有子进程的pid。fork使子进程得到返回值0的理由是：一个进程只会有一个父进程，所以子进程总是可以调用getpid以获得其父进程的进程id。（进程id 0总是由内核交换进程使用，所以一个子进程的进程id不可能为0）。
子进程和父进程继续执行fork之后的指令。子进程获得父进程的数据空间、堆栈副本。注意，这是子进程所拥有的副本。父子进程并不共享这些存储空间部分，父子进程共享正文段（代码段）。
后来采用写时拷贝，只有修改一块的变量才会复制那一块到自己的内存空间中。

vfork

vfork与fork的区别：
①vfork直接使用父进程存储空间，不拷贝。
②vfork保证子进程先运行，当子进程调用exit推出后，父进程才执行。
例如：
普通的fork创建进程：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
        //pid_t getpid(void);
        pid_t pid;


        pid = fork();

        if(pid > 0){
                while(1){
                        printf("this is father process,father pid is:%d\n",getpid());
                        sleep(1);
                }
        }else if(pid == 0){
                while(1){
                        printf("this is son process,son pid is:%d\n",getpid());
                        sleep(1);
                }
        }

        return 0;
}

运行结果：
this is father process,father pid is:13256
this is son process,son pid is:13257
this is son process,son pid is:13257
this is father process,father pid is:13256
this is father process,father pid is:13256
this is son process,son pid is:13257
this is father process,father pid is:13256
this is son process,son pid is:13257
父子进程都会运行。
当我们将fork改为vfork时：
运行结果：
this is son process,son pid is:13370
this is son process,son pid is:13370
this is son process,son pid is:13370
this is father process,father pid is:13369
this is father process,father pid is:13369
this is father process,father pid is:13369
this is father process,father pid is:13369
this is father process,father pid is:13369
this is father process,father pid is:13369
先运行子进程，当子进程exit后，才运行父进程。并且子进程直接使用父进程的存储空间，不拷贝，比如我们创建一个cnt，在子进程中对cnt进行累加，当cnt为3时，我们退出进程，此时在父进程中输出cnt的值为3。

进程退出

正常退出

1.main函数调用return
2.进程调用exit(),标准C库
3.进程调用_exit()或者_Exit()，属于系统调用
4.进程最后一个线程返回
5.最后一个线程调用pthread_exit

异常退出

1.调用abort
2.当进程收到某些信号时，如ctrl+C
3.最后一个线程取消（cancellation）请求做出响应

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