【TCP/IP】多进程服务器的实现(进阶) - 进程的概念及fork函数

news2024/11/7 9:38:40

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进程的概念及应用

进程的定义

进程的ID

fork函数(进程创建函数)


        多进程(以及多线程)是现代计算机网络的精髓。在之前,我们所做的诸如回声服务器、回声客户端、文件收发等都是偏向基础的单进程应用。而经过前面的铺垫,我们对Socket也有了一定了解。接下来,让我们一起正式开始探索真正的网络编程吧!

进程的概念及应用

进程的定义

        进程(Process)是计算机中程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配的基本单位,是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中,进程是程序的基本执行实体;在当代面向线程设计的计算机结构中,进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述,进程是程序的实体。

补充:

宏观上,当有多个进程运行在操作系统上时,我们看到的效果是这些程序可以同时得到响应。而从微观上看,这些(程序的)进程并非同时被执行,而是通过在CPU分配的时间片中,借助CPU的高效计算能力,被反复快速地交替执行,进而让我们视觉上看到的是“同时进行”的效果。

进程的ID

        在操作系统中,所有进程创建时都会被分配一个ID,我们将这个ID称为“进程ID”,其值为大于2的整数。值为1的进程ID通常被分配给用于协助操作系统的系统应用程序。

        在Linux中,我们可以通过 ps 命令来查看当前系统正在运行的进程,其用法如下:

                        ps [选项,见下表] 

基本选项含义
 -A, -e所有进程
 -a所有tty终端下的进程,除了对话期首进程
a所有tty终端下的进程,包括其他用户
-d全部进程,除了会话期首进程
-N, --deselect反选进程(显示进程中未显示的部分)
r运行中的进程
T当前终端下的所有进程
x非tty终端控制下的进程

        如图所示:

        根据需要,还可进一步显示进程细节,具体用法可以通过 ps --help all 查阅,在这里不再赘述。

fork函数(进程创建函数)

        在多进程服务器端中,我们常用fork函数来创建进程,具体用法如下:

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

//成功时返回进程ID ,失败时返回-1

        fork函数会创建调用该函数的进程的副本,即复制一份当前调用了fork函数的进程。副本进程(子进程)创建完成后,会同原进程(父进程)一起执行fork函数调用完成后的语句。在判断原进程和副本进程时,需要通过fork函数的返回值来区分。

  • 父进程:fork函数返回子进程ID
  • 子进程:fork函数返回0 

        父进程(Parent Process)指的是调用fork函数的主体,而子进程(Child Process)是通过父进程调用fork函数复制得来的进程。 

        调用fork函数后的程序运行流程如下图所示:

        从图中可以看出,父进程调用fork函数时创建了一份子进程,并由pid_t变量接收fork函数返回的进程ID值。在这之前,子进程继承了父进程之前的变量值(gval、lval)。不过在创建完成后,父进程和子进程的ID并不同,在父进程中将执行if条件满足pid!=0的语句块,即lval++;而子进程将执行pid==0的语句块,即gval++。

        让我们来验证下思路:

        fork.cpp

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int gval = 10;

int main(int argc, char *argv[])
{
    pid_t pid;
    int lval = 20;
    gval++;    // gval -> 11
    lval += 5; // lval -> 25

    pid = fork();
    if (pid == 0) // 子进程
    {
        gval += 1; // gval -> 12
        lval += 2; // lval -> 27
    }
    else // 父进程
    {
        gval -= 1; // gval -> 10
        lval -= 2; // lval -> 23
    }

    pid == 0 ? printf("Child Process: gval = %d, lval = %d \n", gval, lval)
             : printf("Parent Process: gval = %d, lval = %d \n", gval, lval);
    return 0;
}

        输出结果:

        从运行结果来看,验证了我们之前的想法的正确性。需要注意的是,调用fork函数后,父进程之前的变量及其值在子进程中是一致的(也拷贝了一份),但父、子进程又有彼此完全独立的内存结构,因此在fork函数操作完成后执行的下阶段函数互不影响,结果彼此独立。 

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