第8章 进程操作

编译并运行这个程序： $gcc fork_test.c -o fork_test $./fork_test PID before fork()：1991 I am the parent process, my process ID is 1991 I am the child process, my process ID is 1992
用户进程的层次结构
系统按照以下方式组织进程： 1）系统启动后，有一个祖先进程，由它创建其他系统进程 2）系统为每一个任务创建用户进程。 3）用户进程根据需要创建更多的子进程，此时，父进程可以 拥有多个并发运行的子进程
ini t
A C D
B E
3）进程状态
最基本的进程状态有三种：运行态、就绪态、阻塞态 运行态
在pid =fork()之前，只有一个进程在执行，但
在这条语句执行之后，就变成两个进程在执行了，
这两个进程的共享代码段，将要执行的下一条语句
都是if (pid==0).两个进程中，原来就存在的那个进
程被称作“父进程”，新出现的那个进程被称作 “子进程”，父进程的区别在于进程 标识符（PID） 不同
2）创建子进程fork() #include<unistd.h> pid_t fork(void) 功能：创建子进程
fork()的奇妙之处在于它被调用一次，却返回两次，它可能有三 种不同的返回值
1.在父进程中，fork返回新创建的子进程的pid
2.在子进程中，fork返回0
3.如果出现错误，fork返回一个负值
fork()
收到信号 SIGCONT wake_up() TASK_RUNNING 就绪 资源到位 wake_up() 资源到位 wake_up_interruptible() 或收到信号 wake_up()
schedule()
TASK_UNINTERRUPTIBLE 深度睡眠 等待资源到位 sleep_on() schedule()
输出：
Count=1
Count=1
Count++被父进程、
子进程一共执行了2
次，为什么count的
第二次输出不是2呢
子进程的数据空间、堆栈空间都会从父进程得到
一个拷贝，而不是共享。在子进程中对count 进
行加1的操作，并没有影响到父进程中的 count
值，父进程中的count值仍然为0
写时复制（ copy-on-write ）
Linux是一个多任务多用户操作系统，一个任务 (task)就是一个进程(process)。 每一个进程都具有一定的功能和权限，它们都运 行在各自独立的虚拟地址空间。 在Linux中，进程是系统资源分配的基本单位， 也是使用CPU运行的基本调度单位。
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Linux进程的组成
存放在磁盘上的可执行文件的代码和数据的集合称为可 执行映象(Executable Image)。当一个程序装入系统中 运行时，它就形成了一个进程。 进程是由正文段(text)、用户数据段(user segment)和系 统数据段(system segment)组成的一个动态实体。 正文段中存放着进程要执行的指令代码，具有只读的 属性 用户数据段是进程在运行过程中处理数据的集合，它 们是进程直接进行操作的所有数据，以及进程使用的 进程堆栈 系统数据段存放着进程的控制信息，其中包括进程控 制块PCB。 进程拥有自己独立的虚拟空间（线程和进程的根本区别）
后面学习完fork等系统调用后再返回头看这里你会理解更多
0号进程
调用kernel_thread 1号内核线程 调用init（） 1号内核进程 利用execve（）从文件/etc/inittab中装 入可执行程序init 1号用户进程init
当用户进程init开始运行，就开始扮演祖先角色，永 远不会被终止。系统确信init进程总是存在的，用户进程 如果出现父进程结束而子进程没有终止的情况，那么这些 子进程都会以init为父进程。 观察linux下的进程间继承关系: ps a -f 能发现许多父进程ID为1的进程； pstree 以树状结构方式列出系统中正在运行的各进程间的继承 关系。
第8章 进程操作
学习本章要达到的目标：
1．了解Linux进程工作的原理。 2．掌握Linux进程操作函数的使用。 3．熟悉Linux信号量的相关知识。 4．掌握Linux信号量操作的函数x进程工作原理
1）进程简介 Linux是一个多任务的操作系统，在Linux中采用进程作为任 务调度的单位 程序和进程的区别 进程：进程实体的运行过程，使系统进行资源分配和调度的 一个独立单位
fork1.c
＃include <sys/types.h> #include <unistd.h> main() { pid_t pid; /*此时仅有一个进程*/ pid=fork(); /*此时已经有两个进程在同时运行*/ if(pid<0) printf("error in fork!"); else if(pid==0) printf("I am the child process, my process ID is %d\n",getpid()); else printf("I am the parent process, my process ID is %d\n",getpid()); }
进程创建-思考运行结果
#include <unistd.h> #include <stdio.h> Int main(void) { pid_t pid; Int count=0; Pid=fork(); Count++; Printf(“count=%d\n”,count); Return 0; }
具体的内核引导要参看内核源码，但内核经历关键的 一些.s（汇编程序）和.c程序启动后，最后会开始用户进 程的祖先——init。 init进程在Linux操作系统中是一个具有特殊意义的 进程，它是由内核启动并运行的第一个用户进程，因此它 不是运行在内核态，而是运行在用户态。它的代码不是内 核本身的一部分，而是存放在硬盘上可执行文件的映象中， 和其他用户进程没有什么两样。 那么如何从内核过渡到init进程呢？ 追根溯源： 0号进程——系统引导时自动形成的一个进程，也就 是内核本身，是系统中后来产生的所有进程的祖先。
进程是资源分配和管理的基本单位，线程 是程序执行的独立单位。 进程在执行过程中拥有独立的主存空间， 而线程不能够独立存在，必须运行在所属 进程的地址空间内。 线程属于进程的组成部分，进程可包含多 个线程。当进程被撤销时，该进程所产生 的线程都会被强制撤销。
2）进程间的关系
Linux启动过程说明
作业：若一个系统中有如下代码，则有几个进程，父子关系 如何？ pid_t pid1,pid2 pid1=fork(); pid2=fork();
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进程1 存储器 动态堆
寄存器
进程2 存储器 动态堆
寄存器
程序代码 堆栈 静态数据
程序代码 堆栈 静态数据
并发进程结构
进程 线程1 存储器 线程2
动态堆
程序代码 静态数据
寄 存 器
堆 栈
寄 存 器
堆 栈
并发线程结构
有独立的用户空间
Y
进程
有共享用户空间 Y N 内核线程
用户线程
Linux进程四要素：
再运行一遍，输出结果可能不同。
2.进程操作函数（系统调用来实现）
进程控制主要包括进程的创建、执行、等待和结束
fork()－父亲克隆一个儿子。执行fork()之后，兵分两
路，两个进程并发执行。
exec()－新进程脱胎换骨，离家独立，开始了独立工 作的职业生涯。 wait()－等待不仅仅是阻塞自己，还准备对僵死的子 进程进行善后处理。
4）进程实例
＃include <sys/types.h> /* 提供类型pid_t的定义,在PC机上与int型 相同 */ #include <unistd.h> /* 提供系统调用的定义 */ main() { pid_t pid; /*此时仅有一个进程*/ printf(“PID before fork():%d\n”,(int)getpid()); pid=fork(); /*此时已经有两个进程在同时运行*/ if(pid<0) printf("error in fork!"); else if(pid==0) printf("I am the child process, my process ID is %d\n",getpid()); else printf("I am the parent process, my process ID is %d\n",getpid()); }
当前进程 时间片耗尽
TASK_INTERRUPTIBLE 浅度睡眠
占有CPU 执行
等待资源到位 interruptible_sleep_on() schedule()
ptrace() schedule() TASK_STOPPED 暂停
do_exit()
TASK_ZOMBIE 僵死
Linux进程状态及转换
pid_t getppid(void) 获得父进程的id
举例：getpid.c（演示） #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> int main(void) { printf(“PID=%d\n”,getpid()); printf(“PPID=%d\n”,getppid()); return 0; }