基于Linux的进程编程 | C/C++

一、进程的基本概念

1.进程的定义

进程是描述程序执行过程和资源共享的基本单位

主要目的：控制和协调程序的执行

2.linux下进程相关函数

用户与组ID：参阅上一讲：https://blog.****.net/qq_38801934/article/details/103142068

创建进程：system（），fork（），exec（）

终止进程：kill（）

等待进程终止：wait（），waitpid（）

3.进程组

由一个或者多个相关进程组成，目的是为了进行作业控制。

进程组的主要特征：信号可以发送给进程组中的所有进程，并使该进程组中的所有进程终止、停止或运行。

每个进程组都属于某个进程组

4.进程组函数

获取进程组ID：pid_t getpgid（pid_t pid）;

• 返回pid进程的进程组ID;若pid为0,则返回当前进程的进程组ID;出错时返回-1,并设有errno值。

设置进程组ID:int setpgid(pid_t pid,pid_t pgid);

• 若pid为0,则使用调用者PID;若pgid为0,则将pid进程的进程PID设为进程组ID;成功时返回0,出错时返回-1,并设errno值。

5.会话（session）

• 会话为一个或多个进程组的集合，包括登录用户的全部活动，并具有一个控制终端
• 登录进程为每各用户创建一个会话，用户登录shell进程成为会话首领，其PID设为会话ID
• 非会话首领进程通过调用setid（）函数创建新会话，并成为首领

进程组函数

获取会话ID：pid_t getsid(pid_t pid);

• 返回pid进程的会话ID;若pid为0,则返回当前进程会话ID;成功时返回会话ID，出错时返回-1,并设errno值。

设置会话ID：pid_t setsid();

• 成功时返回新创建的会话ID，出错时返回-1,并设errno值

二、信号（signal）:是一种进程通讯机制

• 信号量是发送给进程的特殊异步消息
• 当进程接受到信息时立即处理，此时并不需要完成当前函数调用甚至当前代码行。
• LInux操作系统中有多种信号，具有不同的含义;系统以数字标识不同的信号，程序一般以名称引用信号;

系统信号

• 系统信号缺省时处理逻辑：终止进程;生成内核转储文件;忽略
• 使用“kill -l”命令可查看操作系统支持的信号列表，不同的系统可能有所不同。

进程间发送的信号

• SIGTERM、SIGKILL：终止进程信号，前者是请求（接收信号的进程可以忽略他），后者是强制终止
• SIGUSER1、SIGUSER2：用户自定义信号，可用于向进程发送命令

信号处理

• 进程接受到信号之后，根据信号配置进行处理
• 缺省配置：在程序没有处理时，确定该信号如何处理
• 程序处理信号的方式：按照信号处理例程提供的函数指针来调用它所指定的函数
• sigaction（）函数：设置信号配置（需要的时候再详细了解）

常用系统信号

信号处理注意事项

• 信号是一个异步操作，当处理信号时，主程序非常脆弱
• 信号处理例程尽可能小，它甚至可能会被新信号所中断
• 尽量不要在信号处理例程中实施I/O操作，也不要频繁调用系统函数或库函数
• 在信号处理例程中进行复杂的赋值操作也是危险的，他可能不是原子操作，因而有可能在执行期间被中断。
• 如果需要赋值，使用sig_atomic_t类新的全局变量（在linux中等价于int，亦即允许整数或指针赋值，更大尺寸数据不允许）

三、进程管理

1.进程创建

fork（）返回两个值，分别给父子进程用

执行命令的基本模式：在程序中调用fork（）创建一个子进程，让那后调用exec（）在子进程中执行命令。

2.进程调度

进程调度策略：先进先出，时间片轮转，普通调度，批调度，高优先级优先

• 子进程与父进程的调度没有固定顺序;不能假设子进程一定会在父进程之后调度，也不能假设子进程一定会在父进程之前结束。

2.进程终止：kill（）

3.僵尸进程

• 子进程已结束，但父进程未调用wait（）函数等待
• 子进程已终止，但没有被正确清除，成为僵尸进程

清除子进程的手段

• 父进程调用wait（）函数可确保子进程被清除
• 即使子进程在父进程调用wait（）函数前已经死亡（成为僵尸），起退出状态也可以被抽取出来，然后被清除
• 未清除的子进程自动被inti进程领养

4.子进程的异步清除

SIGCHLD信号：子进程终止时，向父进程自动发送编写此信号处理例程，异步清理子进程

5.守护进程

创建守护进程步骤

• 创建新进程：新进程将成为未来的守护进程
• 守护进程的父进程退出：保证祖父进程确认父进程已结束，切守护进程不是组长进程
• 守护进程创建新进程组和新会话：并成为两者的首进程，此时刚创建的新会话还没有关联控制终端
• 改变工作目录：守护进程一般随系统启动，工作目录不应该继续使用继承的工作目录
• 重设文件权限掩码：不需要继承文件权限掩码
• 关闭所有文件描述符：不需要继承任何打开文件描述符
• 标准流重定向到/dev/null
• 创建成以根用户权限运行他或者随用户一起启动

守护进程创建函数deamon()

6.进程间的通信

6.1 管道：相关进程间的顺序通信

pipe的性质和意义

• 管道是允许单向通信的自动同步设备（半双工）
• 数据在写入端写入，在读取端读取
• 管道为串行设备，数据的读取顺序和写入顺序完全相同

管道的用途

• 只能用于有亲缘关系的进程，例如父进程和子进程之间通信

注意事项

• 管道的数据容量有限，一般为一个内存页面
• 如果写入速读超过读取速读，写入进程将阻塞，知道容量有空闲
• 如果读取速读超过写入速度，读取进程将阻塞，知道管道有数据

管道重定向

6.2 进程信号量：进程间通信的同步控制机制（System V信号量）

• 进程信号量用于进程同步

• POSIX标准实现多线程同步

使用进程信号量注意事项

获取进程信号量

控制和管理进程信号量

清除进程信号量

union是共用存储区域，也就是所有的字段只有一个字段有效。

初始化进程信号量

信号量的获取与释放

信号量的等待与发布

实例

6.3 共享内存：允许多个进程读写同一片内存区域

LInux内存模型

获取共享内存

连接与拆卸共享内存

示例

6.4 映射内存：与共享内存意义相同，但与文件相连

6.5 消息队列：在进程间传递二进制块数据

和进程信号量有类似的地方，需要的时候再查阅

6.6 套接字（socket）：支持无关进程，甚至不同计算机进行通信

7.进程池

动机及其概念

四、散装知识、问题点

1.真正的操作系统接口只有系统调用接口，其他所谓的图形接口、字符命令行接口都是建立在调用操作系统接口之上

2.红黑树是什么？作用领域在那儿？

数据库领域

3.linux系统中用file 文件名，可以得到file的一些信息。

4.什么是同步什么是异步？

针对不同的对象，如果是线程，那么同步就是两个线程同时使用一个资源;异步就是一个线程在使用资源其它线程等待它释放资源之后在使用。

如果是信号也是同样的道理，信号在等待进程对信号进行处理

5.进程池的工作原理是什么？