day05

合集 - 操作系统(6)

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5.day052023-08-22

6.day062023-08-23

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进程管理

一、进程的基本概念

    1、进程与程序

        程序是存储在磁盘上的可执行文件，程序被加载到内存中开始运行称为进程，一个程序可以同时加载成多个进程，进程就是处于活动状态下的程序

    2、进程的分类

        进程根据功能不同一般分为三种类型:交互进程、批处理进程、守护进程

            交互进程：由一个shell终端启动的进程，在运行过程中需要与用户进行交互操作，可以运行于前台，也可以在后台运行

            批处理进程：该进程是一个进程的集合，负责按顺序执行预定于好的操作

            守护进程：一般处于活跃状态，运行在后台，一般都是由系统在开机时通过启动系统脚本自动创建

    3、查看进程

        简单形式：ps        当前用户有控制终端的进程简单信息

        列表心思：ps -auxw  以最大列宽显示所有进程的详细信息

            USER            进程的属主

            PID             进程的编号

            %CPU            CUP的使用率

            %MEM            内存的使用率(内存泄漏)

            VSZ             虚拟内存使用的字节数

            RSS             物理内存使用的字节数

            TTY             终端设备号  ‘？’表示无终端控制

            STAT        ****进程的状态

                            /*                             要背                                     */            

                                O   就绪态              等待被调度  

                                R   运行态              Linux没有O,就绪态用R表示

                                S   可被唤醒的休眠态     例如系统中断、获得资源、收到信号都可以唤醒进入R    

                                D   不可被唤醒睡眠态     只能被系统唤醒

                                T   暂停态              收到信号SIGSTOP转入T，收到SIGCONT转入R

                                Z   僵尸态(僵死态)

                                X   死亡态

                            /*                                                                     */

                                <   高优先级

                                N   低优先级

                                s   进程组中的领导者

                                l   多线程的进程  

                                +   处于后台的进程组

            START TIME  进程运行总时间  

            COMMAND     进程的启动命令

    4、父进程、子进程、孤儿进程、僵尸进程

        一个进程可以被另一个进程创建，创建者称为被创建者的父进程，被创建者称为创建者的子进程，当子进程被父进程创建启动后在操作系统的调度下同时运行

        当子进程先于父进程结束时，子进程会向父进程发送SIGCHLD信号，此时父进程应该区回收子进程的相关资源，如果父进程没有回收子进程，那么子进程就变成了僵尸进程

        父进程先于子进程结束，子进程就变成孤儿进程，所有的孤儿进程都会被系统指定的一个进程领养接管，该进程就变成了孤儿进程的父进程

    5、进程标识符(进程ID号)

        每个进程都有一个以非负整数表示的唯一标识，即是进程ID（进程PID）

        进程ID在任意时刻中都是唯一的，但是可以重用，进程一旦结束它的进程ID会被系统回收，过一段时间后可以继续分配给新的进程(延时重用)

        pid_t getpid(void);

        功能：获取调用者的进程ID

        pid_t getppid(void);

        功能：获取调用者父进程的进程ID

二、进程的创建

        pid_t fork(void);

        功能：创建一个子进程

        返回值：成功时一次调用两次返回，子进程一定返回‘0’，父进程返回的是子进程的PID

            当进程的数量超过了系统的限制可能会创建失败返回一次-1

        注意：

            1、子进程创建成功后，会与父进程同样从fork处开始继续往下执行，为了让父子进程分别执行不同的功能，可通过返回值的不同让他们进入不同的分支语句

            2、****

                通过fork创建的子进程会拷贝父进程的数据段、bss段、堆、栈、I/O流的缓冲区等数据，与父进程共享代码段的数据，子进程会继承父进程的信号处理方式

               ****

            3、fork结束后，不确定是父进程先返回还是子进程先返回，可以通过休眠函数让另一个进程先执行usleep

            4、通过fork创建的子进程可以共享父进程的文件描述符

        练习：通过fork创建4个子进程，再为这四个子进程各自创建两个子进程

        pid_t vfork(void);

        功能：以加载可执行程序的方式创建并运行子进程

        返回值：成功时一次调用两次返回，子进程一定返回‘0’，父进程返回的是子进程的PID

        注意：

            1、子进程一定先返回，此时子进程不算完全创建成功，需要加载一个可执行程序来替换当前子进程的所有资源，替换完成后子进程才算完全创建成功，此时父进程才会返回

        使用exec系列函数让子进程加载可执行程序

        int execl(const  char  *path,  const  char *arg, ...

                       /* (char  *) NULL */);

            path:要加载的可执行文件的路径

            arg:命令行参数，...表示多个     最后一个一定要以NULL结尾

        int execlp(const  char  *file, const char *arg, ...

                       /* (char  *) NULL */);

            file:要加载的可执行文件的名字，会根据PATH环境变量中记录的路径查找并加载该文件

        注意：如果想要指定一个路径，需要在配置文件中增加PATH的值

        int execle(const char  *path,  const  char *arg, ...

                        /*, (char *) NULL, char *const envp[] */);

            path:要加载的可执行文件的路径

            arg:命令行参数，...表示多个     最后一个一定要以NULL结尾

            envp:环境变量表

        int execv(const char  *path,  char  *const argv[]);

        int  execvp(const  char *file, char *const argv[]);

        int execvpe(const char *file, char  *const argv[],char *const envp[]);

        注意：

            1、exec系列函数成功不返回，失败才返回-1

            2、以vfrok、exec创建出来的子进程不会继承父进程的信号处理方式，但是能继承父进程的信号屏蔽集

        考点：对比fork和vfork的区别？

            fork:

                1、是将父进程的整个地址包括地址中的内容拷贝给子进程

                2、共享数据段，bss，栈，堆 ，I/O流缓冲区，继承父进程的信号处理方式

            vfork：

                1、和父进程共享父进程的地址，不是拷贝

                2、不共享数据段、bss等内容，编号继承父进程的信号处理方式，但能继承父进程的信号屏蔽集

        int system(const char *command);

        功能：创建子进程加载command程序来执行系统命令

三、进程的正常退出

    1、执行了main函数的return n语句，该返回值可以被父进程接收到

    2、进程调用了exit函数，也相当于正常退出，该函数属于C标准库提供的函数

        void exit(int status);

        功能：能在任意位置提前结束进程

        status:结束状态码 EXIT_SUCCESS\EXIT_FAILURE,效果与main函数return 的值等同

        注意：该函数不会返回

            int atexit(void (*function)(void))

            功能：向内核注册绑定一个进程结束前要执行的函数

            int on_exit(void (*function)(int,void*),void *arg);

            功能：向内核注册绑定一个进程结束前要执行的函数

                arg:会在调用function的时候传递给该函数

        进程正常退出前要完成的步骤：

            1、要事先调用atexit、on_exit函数进行注册，如果注册了多个函数，结束时这些函数的执行顺序与注册顺序相反(栈)

            2、冲刷并关闭所有打开状态下的标准IO流

            3、调用_exit、_Exit函数          

    3、调用_exit、_Exit函数

        void _exit(int status);

        功能：结束进程，由系统提供

        void _Exit(int status);

        功能：结束进程，由标准库提供

            1、它们的参数status会被父进程获取到

            2、结束前会关闭所有打开状态下的系统IO的文件描述符

            3、向父进程发出结束信号SIGCHLD

            4、该函数不会返回

    4、进程的最后一个线程执行了return语句

    5、进程的最后一个线程执行了pthread_exit函数

四、进程的异常终止

    1、进程调用了abort函数，产生了SIGABRT信号

    2、进程接收到了其他进程的某些信号，导致终止

    3、进程自己的错误操作导致终止，例如：段错误、除零等

    4、进程的最后一个线程接收到了“取消”请求操作，并相应了请求

    注意：以上的异常终止方式都会让父进程无法获取结束进程的结束状态码，所以叫异常终止

    注意：无论进程是如何结束的，他们的资源都会被回收，所有的文件描述符、文件指针都会被关闭

五、子进程的回收

    对于任何结束方式，都希望父进程能够获取到，通过wait、waitpid函数可以直到子进程是如何结束的以及结束状态码

   

    pid_t wait(int *status);

    功能：等待任意子进程的结束，并获取其结束状态码

        status：输出型参数

    返回值：子进程的ID

        1、如果所有子进程都还在正常运行，则阻塞等待

        2、如果有一个子进程结束，立即返回该进程的结束状态码和pid

        3、如果没有子进程运行，立即返回-1

    WIFEXITED(status)

        判断子进程是否是正常退出，如果是返回真

    WEXITSTATUS(status)

        如果子进程正常退出，可以获取正确的结束状态码，只获取低八位

    WIFSIGNALED(status)

        判断子进程是否异常退出，如果是返回真

    WTERMSIG(status)

        如果子进程是异常退出的，可以获取杀死该子进程的信号id

   

    pid_t waitpid(pid_t pid, int *status,  int options);

    功能：指定回收某个或者某些子进程的状态

        pid：

            <-1    等待组id为abs(pid)的进程组中的任意子进程结束

            -1     等待所有子进程，与wait一样

            0      等待调用者同组的任意子进程结束

            >0     等待该进程结束

        status：处理与wait等同

        options：等待模式

            0       正常的阻塞模式=wait

            WNOHANG 非阻塞模式  如果没有子进程结束，立即返回0

             WUNTRACED  如果等待的子进程中有处于暂停态的，立即返回该子进程的状态码

             WCONTINUED 如果等待的子进程中有从暂停态转入运行态，立即返回该子进程的状态码

                    用于判断和获取status的宏函数：

             WIFSTOPPED 判断状态码，如果子进程是转入暂停态，返回真

             WSTOPSIG   当子进程是暂停态返回时，获取导致暂停态的信号id

             WIFCONTNUED  判断状态码，如果子进程是暂停态转入运行态，返回真

    注意：

        1、如果没有子进程结束 wait会阻塞等待，如果在父进程的业务逻辑代码出wait,会对父进程的业务产生阻塞影响，因为子进程结束时会给父进程发送SIGCHLD信号，可以通过在父进程中注册该信号处理函数，在函数内执行wait，就不影响父进程的业务执行，但是信号最好选择可靠信号

        2、waitpid可以选择不阻塞等待，因此不需要像wait一样在信号处理函数中执行，可以直接在父进程的业务逻辑中调用不受影响