《Unix&Linux系统编程》第三章学习笔记
第3章 Unix/Linux进程管理
3.1 多任务处理
多任务处理指同时执行几个独立的任务。在单CPU系统中一次只能执行一个任务。多任务处理是通过在不同任务之间多路复用CPU的执行时间来实现的，即将CPU执行操作从一个任务切换到另一个任务，这种切换机制称为上下文切换。如果切换速度足够快，就给人一种同时执行所有任务的错觉，这种逻辑并行性成为并发。多个CPU的多处理系统中，可在不同的CPU上实时、并行执行多项任务。
3.2 进程
在操作系统中，任务也成为进程。进程是对映像的执行。每个进程用一个独特的数据结构表示，叫做进程控制块（PCB）或任务控制块（TCB），可直接称为PROC结构体，它包含某个进程的所有信息。
3.3 多任务处理系统
1.type.h文件
定义了系统常数和表示进程的简单PROC结构体。
2.ts.s文件
在32位GCC汇编 代码中可实现进程上下文切换。
3.queue.c文件
可实现队列和链表操作函数
enqueue()函数：按优先级将PROC输入队列
dequeue()函数：返回从队列或链表中删除的第一元素
printList()函数：打印链表元素
4.t.c文件
定义MT系统数据结构、系统初始化代码和进程管理函数。
3.4 进程同步
指控制和协调进程交互以确保其正确执行所需的各项规则和机制。
睡眠模式：
某进程需要某些当前没有的东西，如申请独占一个存储区域、等待用户输入字符等。
实现方法：在PROC结构体中添加event字段，实现ksleep(int event)函数
唤醒操作:
多个进程可能会进入休眠状态等待同一个事件，当某个等待时间发生时，另一执行实体（可能是进程或中断处理程序）会调用kwakeup(event)函数来唤醒处于休眠状态等待该事件值的所有程序。
3.5 进程终止
1、正常终止：进程调用exit(value)，发出_exit(value)系统调用来执行在操作系统内核中的kexit(value)
2、异常终止：进程因某个信号而异常终止
（1）kexit（）算法
在Unix/Linux中，进程只有非常松散的父子关系，，进程可能随时死亡。大多数大型操作系统内核通过维护进程家族树来跟踪进程关系。
（2）进程
进程家族树通过PROC结构中的一对子进程和兄弟进程指针以二叉树的形式实现，如：
PROC *child,*sibling,*parent;
（3）等待子进程终止
进程可调用内核函数来等待僵尸子进程：
pid = kwait(int *status) //成功则返回僵尸子进程的pid，没有子进程则返回-1
当进程终止时，将唤醒父进程：
kwakeup(running->parent);
3.6 MT系统中的进程管理
- 用二叉树的形式实现进程家族树
- 实现ksleep()和kwakeup()进程同步函数
- 实现kexit()和kwait()进程管理函数
- 添加“W”命令来测试和演示等待操作
3.7 Unix/Linux中的进程
1、进程来源
操作系统启动时，内核的启动代码会强行创建一个PID=0的初始进程，初始化PROC内容，初始化系统后，P0复刻出一个子进程P1。
2、INIT和守护进程
当进程P1开始运行时，它将执行映像更改为INIT程序，P1就是INIT进程。
P1的大部分子进程都是用来提供系统服务，在后台运行，不与任何用户交互，被称为守护进程。
3、登录进程
P1复刻了许多LOGIN进程，每个中断上一个用于用户登录。
4、sh进程
用户成功登录是，LOGIN进程获取用户的gid和uid，从而成为用户的进程，将目录更改为用户的主目录并执行列出的程序。
5、进程的执行模式
进程以内核模式（Kmode）和用户模式（Umode）两种模式执行。
3.8 进程管理的系统调用
1、fork()
int pid = fork();
fork()创建子进程并返回子进程的pid，如果失败则返回-1。
2、进程执行顺序
fork()完成后，运行哪个进程取决于它们的优先级。
3、进程终止
正常终止：
pid = wait(int *status);
异常终止：
kill -s signal_number pid
4、等待子进程终止
int pid = wait(int *status);
int pid = waitpid(int pid,int *status,int options);
5、subreaper进程
prct1(PR_SET_CHILD_SUBREAPER);
这样，init进程P1将不再是孤儿进程的父进程。
6、exec()
更改进程执行映像：
int execve(const char *filename,char *const argv[],char *const envp[]);
7、环境变量
- SHELL：指定将解释任何用户命令的sh
- TERM：指定运行sh时要模拟的终端类型
- USER：当前登录用户
- PATH：系统在查找命令时将检查的目录列表
- HOME：用户的主目录
3.9 I/O重定向
- stdin：标准输入
重定向：
int fd = open("filename",O_RDOMLY);
close(0);
dup(fd);
- stdout：标准输出
重定向：
close(1);
open("filename",O_WRONLY|O_CREAT,0644);
- stderr：标准错误
3.10 管道
管道是用于进程交换数据的单向进程间通信通道，有一个读取端和一个写入端。
1、管道编程
int pd[2];
int r = pipe(pd);
2、管道命令处理
ps x |grep "httpd"
cat filename | more
3、命名管道—FIFO
sh中：
mknod mypipe p
C程序中：
int r = mknod("mypipe",S_IFIFO,0）;
实践：
1、fork函数：
2、进程执行顺序
3、等待子进程终止
