高级Linux程序设计第三章：进程

• 每个进程都有一个唯一的进程号。

• 每个进程都有一个父进程。

• 系统中的进程以树的形式组织，init进程(进程号为1)作为根。

  • 进程0是调度进程，没有程序与之对应，是内核的一部分。

  • 进程1是init进程，是在系统启动的阶段由内核启动的，对应/sbin/init程序，是普通的用户进程。

• 程序中可以通过getpid()得到进程号，通过getppid()得到父进程的进程号。

 

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int main ()

{

    printf (“The process ID is %d\n”, (int) getpid ());

    printf (“The parent process ID is %d\n”, (int) getppid ());

    return 0;

}

• 通过ps命令可以得到系统中运行的所有进程。

• 通过kill命令可以杀掉某个进程。

1、创建进程

1.1、system函数

• system函数提供了一种在程序中运行一个命令的简单方法。

 

#include <stdlib.h>

int main ()

{

    int return_value;

    return_value = system (“ls -l /”);

    return return_value;

}

1.2、fork及exec函数

• 当程序调用fork的时候，则一个完全复制的子程序被创建。

• 父进程将从fork被调用的地方继续执行下去。

• 子进程也是从相同的地方运行下去。

• 父进程中fork函数的返回值是子进程的进程号。

• 子进程中fork函数的返回值是零。

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

int main ()

{

    pid_t child_pid;

    printf (“the main program process ID is %d\n”, (int) getpid ());

    child_pid = fork ();

    if (child_pid != 0) {

        printf (“this is the parent process, with id %d\n”, (int) getpid ());

        printf (“the child’s process ID is %d\n”, (int) child_pid);

    }

    else

        printf (“this is the child process, with id %d\n”, (int) getpid ());

    return 0;

}

• exec函数将当前运行的进程替换为另一个程序。

• exec函数是一组函数：

  • 包含p的函数(execvp, execlp)接收的参数是程序名。

  • 不包含p的函数接收的参数是程序的全路径。

  • 包含v的函数(execv, execvp, execve)以数组的形式接收参数列表。

  • 包含l的函数(execl, execlp, execle)以列举的形式接收参数列表。

  • 包含e的函数(execve, execle)以数组的形式接收环境变量。

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

/* Spawn a child process running a new program. PROGRAM is the name of the program to run; the path will be searched for this program. ARG_LIST is a NULL-terminated list of character strings to be passed as the program’s argument list. Returns the process ID of the spawned process. */

int spawn (char* program, char** arg_list)

{

    pid_t child_pid;

    /* Duplicate this process. */

    child_pid = fork ();

    if (child_pid != 0)

    /* This is the parent process. */

        return child_pid;

    else {

        /* Now execute PROGRAM, searching for it in the path. */

        execvp (program, arg_list);

        /* The execvp function returns only if an error occurs. */

        fprintf (stderr, “an error occurred in execvp\n”);

        abort ();

    }

}

int main ()

{

    /* The argument list to pass to the “ls” command. */

    char* arg_list[] = {

        “ls”, /* argv[0], the name of the program. */

        “-l”,

        “/”,

        NULL /* The argument list must end with a NULL. */

    };

    /* Spawn a child process running the “ls” command. Ignore the returned child process ID. */

    spawn (“ls”, arg_list);

    printf (“done with main program\n”);

    return 0;

}

 

2、信号

• 信号是发送给进程的特殊信息。

• 当一个进程接收到一个信号的时候，它会立即处理此信号，并不等待完成当前的函数调用甚至当前一行代码。

• 系统会在特殊情况下向进程发送信号：

  • SIGBUS:总线错误

  • SIGSEGV:段违规

  • SIGFPE:浮点数异常

• 一个进程可以向另一个进程发送信号。

• 可以发送SIGTERM和SIGKILL信号来结束一个进程。

• 信号可以用来向一个进程发送命令。有两种用户自定义信号：SIGUSER1和SIGUSR2

• sigaction函数设定信号处理方式

  • SIG_DFL表示使用默认的信号处理方式。

  • SIG_IGN表示此信号可以被忽略。

  • 第二个参数是sigaction结构体，其包括一个信号处理函数。

• 由于信号处理是异步的，因而在信号处理函数中不要调用I/O操作，也不要调用库或者系统的函数。

• 信号处理函数中应该尽量处理最少的东西。

• 信号处理函数也可能被另一个信号中断。

• 如果在信号处理函数中期望对一个全局变量进行操作，此变量应该是sig_atomic_t类型。

#include <stdio.h>

#include <signal.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

sig_atomic_t sigusr1_count = 0;

void handler(int signal_number)

{

++sigusr1_count;

}

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

{

    printf("the process ID is %d\n", (int)getpid());

    struct sigaction sa;

    memset(&sa, 0, sizeof(sa));

    sa.sa_handler = &handler;

    sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL);

    int i = 0;

    while(i < 100)

    {

        sleep(1);

        i++;

    }

    printf("SIGUSR was raised %d times\n", sigusr1_count);

    return 0;

}

编译上述代码为程序sigusr1

gcc -o sigusr1 sigusr1.c

运行程序

[liuchao@localhost Signal]$ ./sigusr1

the process ID is 3401

在另一个终端，用ps命令得到sigusr1的进程号

[liuchao@localhost ~]$ ps -a

PID TTY TIME CMD

3401 pts/1 00:00:00 sigusr1

3403 pts/3 00:00:00 ps

向此进程号发送多个sigusr1信号

[liuchao@localhost ~]$ kill -s SIGUSR1 3401

[liuchao@localhost ~]$ kill -s SIGUSR1 3401

[liuchao@localhost ~]$ kill -s SIGUSR1 3401

[liuchao@localhost ~]$ kill -s SIGUSR1 3401

[liuchao@localhost ~]$ kill -s SIGUSR1 3401

当进程结束后

[liuchao@localhost Signal]$ ./sigusr1

the process ID is 3401

SIGUSR was raised 5 times

 

3、结束进程

• 一个进程可以有两种方式结束：

  • 进程本身调用exit函数，或者其main函数结束。

  • 进程接收到信号后异常结束。

    • ctrl+c发送SIGINT信号

    • kill命令发送SIGTERM信号

    • abort函数发送SIGABRT信号

    • SIGKILL函数会立即结束一个进程，此信号不能被阻止，被程序自己处理。

• 所有这些信号都可以用kill命令发送

 

% kill -KILL pid

• 用kill函数可以在程序中向一个进程发送信号。

kill (child_pid, SIGTERM);

• 有关wait函数：

  • wait函数阻止当前的进程，直到其中一个子进程结束。

  • waitpid函数等待一个指定的子进程结束。

  • wait3函数等待子进程结束并返回子进程的各种资源使用的统计。

  • wait4函数等待特定的子进程结束并返回子进程的各种资源使用的统计。

int main ()

{

    int child_status;

    /* The argument list to pass to the “ls” command. */

    char* arg_list[] = {

        “ls”, /* argv[0], the name of the program. */

        “-l”,

        “/”,

        NULL /* The argument list must end with a NULL. */

    };

    /* Spawn a child process running the “ls” command. Ignore the returned child process ID. */

    spawn (“ls”, arg_list);

    /* Wait for the child process to complete. */

    wait (&child_status);

    if (WIFEXITED (child_status))

        printf (“the child process exited normally, with exit code %d\n”, WEXITSTATUS (child_status));

    else

        printf (“the child process exited abnormally\n”);

    return 0;

}

• 所谓僵死的进程指的是一个进程结束了但资源尚未被回收。

• 父进程有责任在子进程结束的时候用wait函数回收子进程的资源。

• 在子进程尚未被父进程回收的时候，其在系统中作为僵死进程存在。

#include <stdlib.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

int main ()

{

    pid_t child_pid;

    /* Create a child process. */

    child_pid = fork ();

    if (child_pid > 0) {

        /* This is the parent process. Sleep for a minute. */

       sleep (60);

    }

    else {

        /* This is the child process. Exit immediately. */

        exit (0);

    }

    return 0;

}

% ps -e -o pid,ppid,stat,cmd

3824 2888 S+ ./zombie

3825 3824 Z+ [zombie] <defunct>

• 当一个程序结束的时候，其所有的子进程都被一个特殊的进程(init进程)继承。init进程负责回收所有它继承过来的僵死的子进程。

• 当一个子进程结束的时候，将对其父进程发送SIGCHID信号。

• 一个进程可以通过处理SIGCHID信号来回收子进程。

#include <signal.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

sig_atomic_t child_exit_status;

void clean_up_child_process (int signal_number)

{

    /* Clean up the child process. */

    int status;

    wait (&status);

    /* Store its exit status in a global variable. */

    child_exit_status = status;

}

int main ()

{

    /* Handle SIGCHLD by calling clean_up_child_process. */

    struct sigaction sigchld_action;

    memset (&sigchld_action, 0, sizeof (sigchld_action));

    sigchld_action.sa_handler = &clean_up_child_process;

    sigaction (SIGCHLD, &sigchld_action, NULL);

    /* Now do things, including forking a child process. */

    /* ... */

    return 0;

}