进程控制

一、进程控制理论基础

 

定义：进程是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动。

特点：动态性、并发性、独立性、异步性。

进程调度的状态如图所示：

 

 

进程ID（PID)：标识进程的唯一数字；
父进程的ID（PPID)：创建子进程的进程；
用户ID（UID）：启动进程的的用户。

进程互斥：进程互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多允许一个进程使用，其他要使用该资源的进程必须等待，直到占用该资源者释放了该资源为止。

临界资源：操作系统中将一次只允许一个进程访问的资源称为临界资源。

临界区：进程中访问临界资源的那段程序代码称为临界区。为实现对临界资源的互斥访问，应保证诸进程互斥地进入各自的临界区。

进程同步：一组并发进程按一定的顺序执行的过程称为进程间的同步。具有同步关系的一组并发进程称为合作进程，合作进程间互相发送的信号称为消息或事件。

进程调度：按一定算法，从一组待运行的进程中选出一个来占有CPU运行。
调度方式：抢占式、非抢占式

调度算法：先来先服务调度算法、短进程优先调度算法、高优先级优先调度算法、时间片轮转法

死锁：多个进程因竞争资源而形成一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。

二、进程控制编程

1. 获取ID

首先要插入#include <sys/types.h>、#include <unistd.h>这两个头文件。

pid_t getpid(void)
获取本进程ID。
vpid_t getppid(void)
获取父进程ID。

下面是getpid.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
　　printf( "PID = %d\n", getpid() );
　　printf( "PPID = %d\n", getppid() );
　　return 0;
}

2. 进程创建

要插入#include <unistd.h>

pid_t fork(void)

功能：创建子进程
fork的奇妙之处在于它被调用一次，却返回两次，它可能有三种不同的返回值：
1）在父进程中，fork返回新创建的子进程的PID；
2）在子进程中，fork返回0；
3）如果出现错误，fork返回一个负值

下面是fork1.c演示

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
main()
{
　　pid_t pid;
　　/*此时仅有一个进程*/
　　pid=fork();
　　/*此时已经有两个进程在同时运行*/
　　if(pid<0)
　　　　printf("error in fork!");
　　else if(pid==0)
　　　　printf("I am the child process, ID is %d\n",getpid());
　　else
　　　　printf("I am the parent process,ID is %d\n",getpid());
}　　

在pid=fork()之前，只有一个进程在执行，但在这条语句执行之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的共享代码段，将要执行的下一条语句都是if(pid==0)。 两个进程中，原来就存在的那个进程被称作“父进程”，新出现的那个进程被称作“子进程”，父子进程的区别在于进程标识符（PID）不同。

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
　　pid_t pid;
　　int count=0;
　　pid = fork();
　　count++;
　　printf( “count = %d\n", count );
　　return 0；
}

输出：
count = 1
count = 1
count++被父进程、子进程一共执行了两次，为什么count的第二次输出为什么不为2？

子进程的数据空间、堆栈空间都会从父进程得到一个拷贝，而不是共享。在子进程中对count进行加1的操作，并没有影响到父进程中的count值，父进程中的count值仍然为0。

pid_t vfork(void)
功能：创建子进程。

 fork PK vfork区别：

1）fork:子进程拷贝父进程的数据段；vfork:子进程与父进程共享数据段。
2）fork:父、子进程的执行次序不确定；vfork:子进程先运行，父进程后运行。

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
　　pid_t pid;
　　int count=0;
　　pid = vfork();
　　count++;
　　printf( “count = %d\n", count );
　　return 0；
}

exec函数族：

exec用被执行的程序替换调用它的程序。
区别：
fork创建一个新的进程，产生一个新的PID。
exec启动一个新程序，替换原有的进程，因此进程的PID不会改变。

int execl(const char * path,const char * arg1, ....)
参数：
path：被执行程序名（含完整路径）。
arg1 – argn: 被执行程序所需的命令行参数，含程序名，以空指针（NULL）结束。

#include<unistd.h>
main()
{
　　execl(“/bin/ls”,”ls”,”-al”,”/etc/passwd”,(char * )0);
}

int execlp(const char * path,const char * arg1, …)
参数：
path：被执行程序名（不含路径，将从path环境变量中查找该程序）。
arg1 – argn: 被执行程序所需的命令行参数，含程序名，以空指针（NULL）结束。

#include<unistd.h>
main()
{
　　execlp(”ls”,”ls”,”-al”,”/etc/passwd”,(char *)0);
}

int execv (const char * path, char * const argv[ ])
参数：
path：被执行程序名（含完整路径）。
argv[]: 被执行程序所需的命令行参数数组。

#include <unistd.h>
main()
{
　　char * argv[ ]={“ls”,”-al”,”/etc/passwd”,(char*)0};
　　execv(“/bin/ls”,argv);
}

#include <stdlib.h>
int system( const char* string )
功能：调用fork产生子进程，由子进程来调用/bin/sh -c string来执行参数string所代表的命令。

#include <stdlib.h>
void main()
{
　　system(“ls -al /etc/passwd”);
}

3. 进程等待　　

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait (int * status)
功能：阻塞该进程，直到其某个子进程（如果有多个子进程，其中一个就行了）退出。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
void main()
{
　　pid_t pc,pr;
　　pc=fork();
　　if (pc==0){ /* 如果是子进程 */ 
　　　　printf(“This is child process with pid of %d\n”,getpid());
　　　　sleep(10); /* 睡眠10秒钟 */
　　}
　　else if (pc>0){ /* 如果是父进程 */
　　　　pr=wait(NULL); /* 等待 */
　　　　printf("I catched a child process with pid of %d\n"),pr);
　　} 
　　exit(0);
}