linux系统编程02-进程基本知识
目录
1. pid
- pid_t ： 进程号，一般是int_64，不同机器不同，有限资源
ps axf：查看进程信息ps -axm：详细信息ps -ax -L： linux特有形式显示- 进程号是顺次向下使用，区别于 fd（占位最小）
getpid\getppid：获取进程号\父进程号
##include <sys/types.h>
##include <unistd.h>
pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);
2. 进程的产生：fork
##include <sys/types.h>
##include <unistd.h>
pid_t fork(void);
- 返回值：
- 出错： -1
- 成功：返回两次。 父进程：子进程pid；子进程：0
- 注意点：fork之前刷新所有该刷新的流，
fflush(NULL)- 父进程与子进程完全一致(duplicate) ，运行位置也一致
fork后父子进程的区别：fork返回值不同，pid不同，ppid不同，未决信号量和文件锁不继承，资源利用量清0- 调度器的策略决定哪个进程先运行
例子：fork之前刷新所有该刷新的流
示例代码：
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>
int main()
{
pid_t pid;
printf("[%d]:Begin.\n",getpid());
//fork前刷新所有流！！
fflush(NULL);
pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork()");
exit(1);
}
if(pid == 0)
{
printf("[%d]:Child is working!\n", getpid());
}
else
{
printf("[%d]:Parent is working!\n", getpid());
}
printf("[%d]:End.\n", getpid());
//没有收尸，详见3.进程资源释放
exit(0);
}
运行结果：
未加fflush
加了fflush
说明：
文件是全缓冲，如果没有fork之前刷新流，子进程会继承父进程的缓冲区，所以缓冲区里有 “Begin.”，导致打印了两次。
加getchar() ps axf查看进程信息
例子：多进程筛3000,0000 ~ 3000,0200之间的质数
示例代码：
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>
##define LEFT 30000000
##define RIGHT 30000200
int main()
{
pid_t pid;
int i,j;
int mark;
for(i = LEFT; i <= RIGHT; i++)
{
pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork()");
exit(1);
}
if(pid == 0)
{
mark = 1;
for(j = 2; j < i/2; j++)
{
if(i%j == 0)
{
mark = 0;
break;
}
}
if(mark)
printf("%d is a primer!\n", i);
//结束子进程，非常重要
exit(0);
}
}
exit(0);
}
运行结果：
注意点：
- 子进程内必须要
exit：否则会子进程会进入外层循环，会继续fork，导致实际创建出的子进程不是201个，而是阶乘级别的数量级。所以写fork的时候要明确子进程的运行范围，可以的话尽量限制在if的语句块中（个人观点） - 无序输出，说明调度关系未定义，取决于调度器
说明孤儿进程和僵尸进程：
父进程sleep：子进程全部结束，父进程还没有结束，所以子进程不是孤儿，并且由于资源还没有回收，所以是僵尸态
子进程sleep：父进程已经结束退出，子进程还没结束，所以子进程变成孤儿被 init 进程托管，同时资源还没被回收，所以也是僵尸进程（之后init会陆续回收资源）
进程关系中出现僵尸进程是非常正常的，但应该是一闪即逝，或者轮批次（父进程或init忙）
僵尸本身几乎就是一个结构体，所以占用的内存不是很大，但是它占用了pid
fork写时拷贝：需要改写的时候,才复制一份进行改动
3. 进程的消亡及释放资源：wait
##include <sys/types.h>
##include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *wstatus);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);
-
作用：回收某一个子进程
-
参数：
pid_t： 要回收的子进程的pidwstatus： 回调参数，进程结束状态options：选项。WNOHANG非阻塞
-
返回值：
- 成功：回收的子进程的pid
- 失败：回收完或被中断打断，-1
-
pid的取值：
例子：利用交叉分配重构 求素数的程序
示例代码：
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>
##include<sys/wait.h>
##define LEFT 30000000
##define RIGHT 30000200
##define N 3
int main()
{
pid_t pid;
int i,j,n;
int mark;
for(n = 0; n < N; n++)
{
pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork()");
exit(1);
}
if(pid > 0)
{
for(i = LEFT+n; i <= RIGHT; i+=N)
{
mark = 1;
for(j = 2; j < i/2; j++)
{
if(i%j == 0)
{
mark = 0;
break;
}
}
if(mark)
printf("[%d]:%d is a primer!\n", n,i);
//exit(0);
}
//子进程是处理完自己的部分后才结束
exit(0);
}
}
for(n = 0; n < N; n++)
wait(NULL);
exit(0);
}
运行结果：
说明：
为什么编号为0的进程没有打印，因为处理的数都是3的倍数，0,3,6,9…都是非素数。进程间的负载不均衡，可以用池化算法改进。
4. exec函数族
shell执行程序命令的方式：
- shell
fork出一个子进程 - 子进程
exec成待执行的程序，并执行 - shell
wait自己的子进程结束
##include <unistd.h>
extern char **environ;
int execl(const char *pathname, const char *arg, ...
/* (char *) NULL */);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...
/* (char *) NULL */);
int execle(const char *pathname, const char *arg, ...
/*, (char *) NULL, char *const envp[] */);
int execv(const char *pathname, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
-
作用：用一个进程image替代当前进程image，换内不换壳，pid不变
-
参数：
- 前三个是定参，后面传的参数是要执行的程序的参数，以
NULL结尾 - 后两个是变参，用
argv实现，类似命令行参数
- 前三个是定参，后面传的参数是要执行的程序的参数，以
-
返回值：失败返回-1，可以不检验，直接报错(因为如果成功，进程空间就直接切出去了，不会回来)
-
注意：
fflush -
类似
argv[变参，arg1,arg2, … 以NULL结尾] 的结构命令行参数；
glob；execv
例子：few 结合使用
示例代码：
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<unistd.h>
##include<sys/types.h>
##include<sys/wait.h>
int main()
{
pid_t pid;
puts("Begin.");
fflush(NULL); /*!!!*/
pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork()");
exit(1);
}
if(pid > 0) //子进程：打印时戳
{
execl("/bin/date", "date", "+%s", NULL);
//错误处理
perror("exec()");
exit(1);
}
else //父进程：回收子进程
{
wait(NULL);
}
exit(0);
}
运行结果：
- 其他问题：
-
没有wait的时候为什么命令行先输出：父进程结束后子进程没结束，父进程结束回到bash，打印命令行，然后子进程打印结果
-
为什么父子进程的结果打印在同一个终端上，父子进程通信原型：子进程继承父进程的文件描述符，二者 fd0标准输出都一样，都是同一个终端
-
综合例子：mybash
示例代码：
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<unistd.h>
##include<string.h>
##include<glob.h>
##include<sys/wait.h>
##define LIMITS " \n\t"
struct cmd_st
{
glob_t globres;
};
static void prompt()
{
printf("mysh-0.1$ ");
}
static void perse(char *line, struct cmd_st *res)
{
char *tok;
int i = 0;
while(1)
{
tok = strsep(&line, LIMITS);
if(tok == NULL) //结束
break;
if(tok[0] == '\0') //多个连续分隔符
continue;
//精髓：
glob(tok, GLOB_NOCHECK|GLOB_APPEND*i, NULL, &res->globres);
i = 1;
}
}
int main()
{
char *linebuf = NULL;
size_t linebuf_size = 0;
struct cmd_st cmd;
size_t pid;
while(1)
{
prompt(); //打印提示信息
if(getline(&linebuf, &linebuf_size, stdin)<0)
break;
perse(linebuf, &cmd);
if(0) //内部命令
{ }
else //外部命令
{
pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork()");
exit(1);
}
if(pid == 0) //child
{
execvp(cmd.globres.gl_pathv[0], cmd.globres.gl_pathv);
perror("execl()");
exit(1);
}
else //parent
{
wait(NULL);
}
}
}
exit(0);
}
运行结果：
说明：
-
利用 glob_t 中的 gl_pathv 传递变参
-
strtok 的用法
使用：
5. 用户权限和组权限：setuid
##include <sys/types.h>
##include <unistd.h>
int setuid(uid_t uid); //设置用户 effective id
例子：实现 mysu
示例代码：
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>
##include<sys/wait.h>
int main(int argc, char **argv)
{
pid_t pid;
pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork()");
exit(1);
}
if(pid == 0)
{
setuid(atoi(argv[1]));
execvp(argv[2], argv+2);
perror("exec()");
exit(1);
}
wait(NULL);
exit(0);
}
运行结果：
- 切换到root用户
- 把
mysu的所有者更改为root，并添加 u+s 权限
基础知识：
- 权限确定：
res：real,effective,save。save几乎不用，effective用来确定身份。 - 什么是
u+s/g+s权限：执行该文件时，暂时获得其所有者的权限。比如passwd命令有u+s所以在执行的时候暂时获得其所有者root的权限，这就是为什么普通用户无法查看 /etc/shadow，却可以通过passwd命令更改该文件。u+s和g+s本质是root权限的下放。
- shell如何获取身份：init[root身份] —fork\exec—>getey(name)—fork\exec—>login(pw)—成功—>shell[用户身份 res]
6. 观摩课
unix讲机制，不讲策略
对于 #!/bin/bash
shell看到 #! 知道它是一个脚本，所以不装载该程序，而是装载 /bin/bash 执行下面的语句。
如果改为 #!/bin/bash 就会出现下述情况：
把top命令做成了登录shell：
7. system
理解： fork() + exec() + wait() 的封装。
##include <stdlib.h>
int system(const char *command);
system(”date +%s”) 相当于
8. 进程会计
acct()函数 ：仅作为了解
9. 进程时间
可以转换成秒了 time times
10.守护进程
进程组模型：
-
session是一些进程组的集合：每一个登录的shell是一个session，有自己的sid。
-
分组都是为了方便管理。用户有用户组，进程也有进程组，有pgid。父子进程在同一个进程组，执行
ls|more的时候，进程ls和 进程more也是在同一个进程组。 -
进程是一个容器，包含许多线程
-
前后台进程：前台进程关联标准io，最多有一个。后台进程不关联标准io
守护进程：
- 是进程组的leader，是session的leader
- 脱离标准io
- 体现在终端上
ps axj： pid = pgid = sid; tty = ? ;ppid = 1
##include <sys/types.h>
##include <unistd.h>
pid_t setsid(void);
- 使用：不能由父进程执行，只能由子进程
- 流程：
-
创建一个session及进程组，调用该函数的进程编程该session和进程组的leader
-
脱离控制终端
-
例子：创建守护进程，关注 fork 的一模一样
示例代码：
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>
##include<sys/stat.h>
##include<fcntl.h>
##define FILENAME "/tmp/out"
//创建守护进程：成功返回非0值
static int daemonize()
{
pid_t pid;
int fd;
pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork()");
return -1;
}
if(pid > 0) //父进程直接退出
exit(0);
//子进程
fd = open("/dev/null", O_RDWR);
if(fd < 0)
{
perror("open()");
return -1;
}
//文件重定向
dup2(fd, 0);
dup2(fd, 1);
dup2(fd, 2);
if(fd > 2)
close(fd);
//创建session
setsid();
//更改工作目录；(修改umask)
chdir("/");
//umask(0);
return 0;
}
int main()
{
FILE *fp;
int i;
if(daemonize())
exit(1);
fp = fopen(FILENAME, "w");
if(fp == NULL)
{
perror("fopen()");
exit(1);
}
for(i = 0; ; i++)
{
fprintf(fp, "%d\n", i);
fflush(NULL); //文件是全缓冲
sleep(1);
}
fclose(fp);
exit(0);
}
运行结果：
分析： daemon 中创建了子进程，父进程终止，子进程执行 setid ，化身为守护进程，然后从父进程相同的位置继续执行，退出到main，执行死循环。
问题：错误都往标准输出上报，但是守护进程已经脱离标准输出了，用系统日志
11. 系统日志
权限分离
syslogd服务
##include <syslog.h>
void openlog(const char *ident, int option, int facility);
void syslog(int priority, const char *format, ...);
void closelog(void);
示例代码：
##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>
##include<sys/stat.h>
##include<fcntl.h>
##include<syslog.h>
##include<errno.h>
##include<string.h>
##define FILENAME "/tmp/out"
//创建守护进程：成功返回非0值
static int daemonize()
{
pid_t pid;
int fd;
pid = fork();
if(pid < 0)
{
return -1;
}
if(pid > 0) //父进程直接退出
exit(0);
//子进程
fd = open("/dev/null", O_RDWR);
if(fd < 0)
{
return -1;
}
//文件重定向
dup2(fd, 0);
dup2(fd, 1);
dup2(fd, 2);
if(fd > 2)
close(fd);
//创建session
setsid();
//更改工作目录；(修改umask)
chdir("/");
//umask(0);
return 0;
}
int main()
{
FILE *fp;
int i;
openlog("mydaemon", LOG_PID, LOG_DAEMON);
if(daemonize())
{
syslog(LOG_ERR, "daemonize failed!");
exit(1);
}
else
{
syslog(LOG_INFO, "daemonize success!");
}
fp = fopen(FILENAME, "w");
if(fp == NULL)
{
syslog(LOG_ERR, "fopen():%s", strerror(errno));
exit(1);
}
syslog(LOG_INFO, "%s was open", FILENAME);
for(i = 0; ; i++)
{
fprintf(fp, "%d\n", i);
fflush(NULL); //文件是全缓冲
sleep(1);
}
fclose(fp);
exit(0);
}
运行结果：
su root
tail -f /var/log/syslog
浙公网安备 33010602011771号