IO进程线程day5（2023.8.2）

news2024/12/25 23:54:13

一、Xmind整理：

父进程会拷贝文件描述符表给子进程：

 

二、课上练习：

练习1：①从终端获取一个文件的路径以及名字。②若该文件是目录文件，则将该文件下的所有文件的属性显示到终端，类似ls -l该文件夹③若该文件不是目录文件，则显示该文件的属性到终端上，类似ls -l这单个文件

include <stdio.h>
include <string.h>
include <stdlib.h>
include <head.h>
/获取文件类型
har get_fileType(mode_t m)

   switch(m&S_IFMT)
   {
   case S_IFSOCK:return('s');break;
   case S_IFLNK:return('l');break;
   case S_IFREG:return('-');break;
   case S_IFDIR:return('d');break;
   case S_IFCHR:return('c');break;
   case S_IFBLK:return('b');break;
   case S_IFIFO:return('p');break;
   }

/获取文件权限
oid get_filePermission(mode_t m)

   for(int i=0;i<9;i++)
   {
       if((m&(0400>>i))==0)
       {
           putchar('-');
           continue;
       }
       //能运行到当前位置，则代表对应位置有权限
       //需要判断是r  w  x当中的哪一个
       switch(i%3)
       {                                                                  
       case 0:putchar('r');break;
       case 1:putchar('w');break;
       case 2:putchar('x');break;
       }
   }
   return;

nt getstat(struct stat buf,char *str)

   //文件的类型和权限
   char type=get_fileType(buf.st_mode);
   printf("%c",type);
   get_fileType(buf.st_mode);
   //文件的硬链接数
   printf("%ld ", buf.st_nlink);

   //文件的所属用户
   //printf("uid: %d\n", buf.st_uid);
   //将uid转换成名字
   struct passwd* pwd = getpwuid(buf.st_uid);
   if(NULL == pwd)
   {
       ERR_MSG("getpwuid");
       return -1;
   }
   printf("%s ", pwd->pw_name);


   //文件所属组用户
   //printf("gid: %d\n", buf.st_gid);
   //将gid转换成名字
   struct group* grp = getgrgid(buf.st_gid);
   if(NULL == grp)
   {
       ERR_MSG("getgrgid");
       return -1;
   }
   printf("%s ", grp->gr_name);
   //文件大小
   printf("%ld ", buf.st_size);
   //文件的修改时间
   struct tm* info=NULL;
   info=localtime(&buf.st_mtime);
   //printf("%ld ",buf.st_ctime);
   printf("%02d %02d %02d:%02d ",info->tm_mon+1,info->tm_mday,info->tm_hou
   printf("%s\n",str);


nt main(int argc, const char *argv[])

   char str[20]="";
   char path[300]="";
   char type=0;
   struct stat buf;
   DIR* dp=NULL;
   struct dirent* rp=NULL;

   //从终端获取一个文件的路径以及名字
   printf("please enter a filename:");
   scanf("%s",str);
   getchar();

   //判断文件是否是目录文件
   if(stat(str,&buf) < 0)
   {
       ERR_MSG("stat");
       return -1;
   }
   type=get_fileType(buf.st_mode);
   if('d'==type)
   {
       //文件是一个目录文件，则需要打开目录
       dp = opendir(str);
       if(NULL == dp)
       {
           ERR_MSG("opendir");
           return -1;
       }
       printf("open success \n");

       while(1)
       {
           //循环读取目录
           rp = readdir(dp);
           if(NULL == rp)
           {
               if(0 == errno)
               {
                   printf("读取完毕\n");
                   break;
               }
               else
               {
                   ERR_MSG("readdir");
                   return -1;
               }
           }
           //将读取到的文件名传入stat获取属性
           sprintf(path,"%s%s",str,rp->d_name);
           //printf("path:%s\n",path);
           if(stat(path,&buf)<0)
           {
               ERR_MSG("stat");
               return -1;
           }
           getstat(buf,rp->d_name);
               //  printf("[%d]%s\n",++i,rp->d_name);
       }
       closedir(dp);
   }
   else
       getstat(buf,str);

   return 0;

练习2：文件IO函数实现，拷贝文件。子进程先拷贝后半部分，父进程再拷贝前半部分。允许使用sleep函数

#include <stdio.h>
#include <head.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
    int fd_r = open("./1.png", O_RDONLY);
    if(fd_r < 0)
    {
        ERR_MSG("open");
        return -1;
    }

    int fd_w = open("copy.png", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0644);
    if(fd_w < 0)
    {
        ERR_MSG("open");
        return -1;
    }
    //计算文件大小
    off_t size = lseek(fd_r, 0, SEEK_END);

    pid_t cpid = fork();
    if(cpid > 0)
    {
        sleep(4);

        //父进程拷贝前半部分
        //将偏移量修改到0
        lseek(fd_r, 0, SEEK_SET);
        lseek(fd_w, 0, SEEK_SET);

        char c = 0;
        for(int i=0; i<size/2; i++)
        {
            read(fd_r, &c, 1);
            write(fd_w, &c, 1);
        }

        printf("前半部分拷贝完毕\n");

    }
    else if(0 == cpid)
    {                                                           
        //子进程拷贝后半部分
        //将偏移量修改到size/2
        lseek(fd_r, size/2, SEEK_SET);
        lseek(fd_w, size/2, SEEK_SET);

        char c = 0;
        for(int i=size/2; i<size; i++)
        {
            read(fd_r, &c, 1);
            write(fd_w, &c, 1);
        }                                                               

        printf("后半部分拷贝完毕\n");

    }
    else
    {
        ERR_MSG("fork");
        return -1;
    }

    close(fd_r);
    close(fd_w);

    return 0;
}

练习3：getpid / getppid

功能：获取进程号 、 获取父进程号

原型：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);

返回值：

获取进程号 、 获取父进程号

练习4：_exit

功能：结束进程，销毁其在内存中的资源，且直接摧毁缓冲区，不会刷新缓冲区！！！

原型：

#include <unistd.h>
void _exit(int status);

参数：

int status：可以传递进程退出状态值给其父进程，父进程可以通过wait/ waitpid函数接收。可以传递任意整型;

练习5：exit

功能：结束进程，销毁其在内存中的资源，会刷新缓冲区！！！

原型：

#include <stdlib.h>
void exit(int status);

参数：

int status：可以传递进程退出状态值给其父进程，父进程可以通过wait/ waitpid函数接收。可以传递任意整型;

小练1：

小练2：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    pid_t cpid = fork();
    if(cpid > 0) //父进程
    {
        printf("parent\n");
        //阻塞函数，阻塞等待任意子进程退出
        pid_t wpid = wait(NULL);
        printf("wpid =%d\n",wpid);

        while(1)
        {                                                                         
            printf("this is parent: %d %d\n",getpid(),cpid);
            sleep(1);
        }
    }
    else if(0 == cpid)
    {
        int i = 0;
        while(i < 3)
        {
            printf("this id child: %d %d\n",getppid(),getpid());
            sleep(1);
            i++;
        }
        printf("子进程准备退出\n");
        //_exit(0);    //退出进程，不会刷新缓冲区
        exit(0);    //退出进程，会刷新缓冲区

        printf("子进程已经退出\n");
    }
    else
    {
        perror("fork");
        return -1;
    }

    return 0;
}

练习6：wait

功能：1.阻塞函数，阻塞等待任意子进程退出

           2.回收退出的子进程的资源，（回收僵尸进程）

           3.接收子进程退出状态

原型：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *wstatus);

参数：

 int *wstatus：接收子进程传递回来的退出状态值，若不想接收，则填NULL；

返回值：

>0, 成功返回退出的子进程的PID号；
=-1，函数运行失败，更新errno; 
若没有子进程，则wait函数运行失败；
父进程只能回收子进程，无法回收孙子进程。

 注：①若子进程退出，父进程没有回收子进程的资源，此时子进程会变成僵尸进程。

        ②没有子进程，则wait函数运行失败

练习7：子进程退出状态

        wait(int* wstatus)中，int* wstatus指向的int类型参数，只有[8bit, 15bit]用于存储子进程传递的退出状态值。范围为[0, 255]。

所以子进程只能传递256种状态。

1）从wstatus中提取子进程退出状态值 

int wstatus = -1;
pid_t wpid = wait(&wstatus);    
printf("wpid = %d  wstatus=%d\n", wpid, wstatus>>8); 
WEXITSTATUS(wstatus)： 提取wstauts中子进程传递的退出状态；--> ((status) & 0xff00) >> 8)

2）判断子进程是否正常退出 

WIFEXITED(wstatus)     若正常退出，则返回真。
正常退出： exit  _exit  主函数调用return退出。

小练： 

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    pid_t cpid = fork();
    if(cpid > 0) //父进程
    {
        printf("parent\n");
        //阻塞函数，阻塞等待任意子进程退出
        int wstatus = -1;
        pid_t wpid = wait(&wstatus);
        printf("wpid = %d wstatus= %d\n",wpid,WEXITSTATUS(wstatus));

        if(WIFEXITED(wstatus))
            printf("子进程正常退出\n");
        else
            printf("子进程异常退出\n");

        while(1)
        {
            printf("this is parent: %d %d\n",getpid(),cpid);
            sleep(1);
        }
    }
    else if(0 == cpid)
    {
        int i = 0;
        while(i < 3)
        {
            printf("this is child: %d %d\n",getppid(),getpid());
            sleep(1);
        //  i++;
        }
        printf("子进程准备退出\n");
        //_exit(0);    //退出进程，不会刷新缓冲区
        exit(0);    //退出进程，会刷新缓冲区

        printf("子进程已经退出\n");
    }                                                                    
    else
    {
        perror("fork");
        return -1;
    }

    return 0;
}

 

练习8：waitpid

功能：阻塞等待指定子进程退出

原型：

 #include <sys/types.h>
 #include <sys/wait.h>
 pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);

参数：

 pid_t pid：
            < -1  阻塞等待指定进程组下的任意一个子进程退出;

            -1    阻塞等待当前进程下的任意一个子进程退出； 与wait函数的功能基本一致；

            0     阻塞等待当前进程组下的任意一个子进程退出;

            > 0   阻塞等待指定的子进程退出;子进程的pid号 == pid参数;
        
    int *wstatus：接收子进程传递回来的退出状态值，若不想接收，则填NULL；
    int options：    
        
        0：阻塞方式运行，当指定的子进程没有退出的时候，该函数阻塞，直到指定子进程退出，解除阻塞;
        WNOHANG：非阻塞方式运行，当指定的子进程没有退出，该函数不阻塞，立即返回;

返回值：

 成功，>0, 成功回收到的子进程的pid号;
       =0, 函数运行成功，但是此时子进程没有退出。
         
    函数运行失败，返回-1，更新errno;        
    
1. 若指定的子进程不存在（没有子进程）的时候，函数运行失败;   
2. 子进程无法回收父进程的资源，        
3. 同级之间无法相互回收资源。

小练： 

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    pid_t cpid = fork();
    if(cpid > 0) //父进程
    {
        printf("parent\n");
        //阻塞函数，阻塞等待任意子进程退出,并回收子进程的资源
        //pid_t wpid = waitpid(-1,NULL,0);

        //非阻塞方式运行，若运行到waitpid的时候，子进程没有退出，则返回0
        //若运行到waitpid的时候，子进程已经退出了，则收回尸体，并返回子进程的pid号
        sleep(4);
        pid_t wpid = waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
        printf("wpid = %d\n",wpid);

        while(1)
        {
            printf("this is parent: %d %d\n",getpid(),cpid);
            sleep(1);
        }
    }
    else if(0 == cpid)
    {
        int i = 0;
        while(i < 3)
        {
            printf("this is child: %d %d\n",getppid(),getpid());
            sleep(1);
            i++;
        }                                                                                
        printf("子进程准备退出\n");
        //_exit(0);    //退出进程，不会刷新缓冲区
        exit(0);    //退出进程，会刷新缓冲区

        printf("子进程已经退出\n");
    }
    else
    {
        perror("fork");
        return -1;
    }

    return 0;
}

练习9：孤儿进程

父进程退出，子进程不退出，此时子进程被1号（init）进程收养，变成孤儿进程。

孤儿进程会脱离终端控制，且运行在后端，不能用ctrl+c杀死后端进程，但是可以被kill -9杀死。

 #include <stdio.h>
 #include <string.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <head.h>
 int main(int argc, const char *argv[])
 {
     //父进程退出，子进程不退出
     pid_t cpid = fork();
     if(cpid > 0) //父进程
     {
     }
     else if(0 == cpid)
     {
         while(1)
         {
             printf("this is child: %d %d\n",getppid(),getpid());
             sleep(1);
         }
     }
     else
     {
         perror("fork");
         return -1;
     }
 
     return 0;
 }

练习10：僵尸进程

子进程退出，父进程不退出去，且父进程没有给子进程收尸，此时子进程就变成僵尸进程。

注意：

  • 僵尸进程只能被回收，不能被杀死。
  • 僵尸进程有危害：占用进程号，占用部分内存空间，占用物理空间，占用进程调度块（PCB）等等...
  • 回收僵尸进程的方式：
    1. 结合信号的方式回收僵尸进程：当子进程退出后，通知父进程收尸。
    2. wait / waitpid函数回收。缺点：阻塞函数，父进程无法做自己的事情。非阻塞形式，有可能收不到。
    3. 退出父进程后，子进程的资源由内核自动回收。
 #include <stdio.h>
 #include <string.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <head.h>
 int main(int argc, const char *argv[])
 {
     //子进程退出，父进程不退出
     pid_t cpid = fork();
     if(cpid > 0) //父进程
     {
         while(1)
         {
             printf("this is parent: %d %d\n",getpid(),cpid);
             sleep(1);
         }
     }
     else if(0 == cpid)
     {
     }
     else
     {
         perror("fork");
         return -1;
     }
 
     return 0;
 }

练习11：守护进程（幽灵进程）

1.守护进程脱离于终端，且运行在后端。

2.守护进程在执行过程中不会将信息显示在任何终端上，避免影响前端任务执行。且不会被任何终端产生的终端信息所打断。

3.守护进程目的：需要周期性执行某个任务或者周期性等待处理某些事情的时候，为了避免影响前端执行或者被前端信息打断的时候，可以使用守护进程。

守护进程的创建：

1.创建孤儿进程：所有工作都在子进程中执行，从形式上脱离终端控制。

   fork(), 退出父进程

2.创建新的会话组：使子进程完全独立出来，防止兄弟进程对其有影响

setsid() 函数
功能：创建一个新的进程组和会话组，成为该进程组和会话组组长
原型：
       #include <sys/types.h>
       #include <unistd.h>
       pid_t setsid(void);

3.修改当前孤儿进程的运行目录为不可卸载的文件系统：例如根目录，/tmp

   防止运行目录被删除后，导致进程崩溃

chdir函数
功能：修改运行目录;
原型：
      #include <unistd.h>

       int chdir(const char *path);
chdir("/");

注意：从当前位置往后，运行在指定的目录下

4.重设文件权限掩码：umask(0), 一般清零；

5.关闭所有文件描述符，从父进程继承过来的文件描述符不会用到，浪费资源。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    //创建孤儿进程
    pid_t cpid = fork();
    if(0 == cpid)
    {
        //创建新的会话
        pid_t sid = setsid();
        printf("sid = %d\n", sid);

        //修改运行目录为不可卸载的文件目录下
        chdir("/");

        //清空文件权限掩码
        umask(0);

        //关闭所有文件描述符
        for(int i = 0; i<getdtablesize(); i++)     
            close(i);

        while(1)
        {                                          
            //守护进程运行的周期性代码
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

三、课后作业：

1.打印时钟在终端上，若终端输入quit，结束时钟

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <head.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
    pid_t cpid = fork();
    if(cpid > 0)
    {
        time_t t;
        struct tm *info=NULL;
        while(1)
        {
            if(waitpid(-1,NULL,WNOHANG) > 0)
                break;
            t = time(NULL);
            info = localtime(&t);
            printf("%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\r",\
                    info->tm_year+1900,info->tm_mon+1,\
                    info->tm_mday,info->tm_hour,info->tm_min,info->tm_sec);
            fflush(stdout);
            sleep(1);
        }
    }
    else if(0 == cpid)
    {
        char str[10]="";
        while(1)
        {                                                                   
            scanf("%s",str);
            if(0 ==strcmp(str,"quit"))
                exit(0);
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

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