第3章 嵌入式Linux多任务编程

许多操作系统都提供的是产生进程的机制，也就是首先在新的地址空间 里创建进程、读入可执行文件，最后再开始执行。Linux中进程的创建很 特别，它把上述步骤分解到两个单独的函数中取执行：fork()和exec函数 族。首先，fork()通过拷贝当前进程创建一个子进程，子进程与父进程的 区别仅仅在于不同的PID、PPID和某些资源及统计量。exec函数族负责 读取可执行文件并将其载入地址空间开始运行。 进程终结也需要做很多繁琐的收尾工作，系统必须保证进程所占用的资 源回收，并通知父进程。Linux首先把终止的进程设置为僵尸状态，这个 时候，进程无法投入运行了，它的存在只为父进程提供信息，申请死亡 。父进程得到信息后，开始调用wait函数族，最终赐死子进程，子进程 占用的所有资源被全部释放。

3.1.2 进程

进程的种类： 交互式进程 批处理进程 实时进程
进程和程序是有本质区别的：


程序是静态的一段代码，是一些保存在非易失性存储器的指令的有序集 合，没有任何执行的概念；而进程是一个动态的概念，它是程序执行的 过程，包括了动态创建、调度和消亡的整个过程，它是程序执行和资源 管理的最小单位。
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3.2 进程控制编程


3.2.2 Linux守护进程
改变当前目录为根目录

通常的做法是让“/”作为守护进程的当前工作目录 。 使用fork创建的子进程继承了父进程的当前工作目录。由于在进程运行 过程中，当前目录所在的文件系统是不能卸载的，这对以后的使用会 造成诸多的麻烦(比如进入单用户模式)。

找不到文件或路径，此时errno被设置为ENOENT； 数组argv和envp忘记用NULL结束，此时errno被设置为EFAULT； 没有对应可执行文件的运行权限，此时errno被设置为EACCES。
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3.2 进程控制编程

3.2.1 进程编程基础

exit()和_exit()

exit()和_exit函数语法：

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本章课程：

3.1 Linux下多任务机制的介绍 3.2 进程控制编程 3.3 实验内容 3.4 小结 3.5 思考与练习
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3.1 Linux下多任务机制的介绍


多任务处理是指用户可以在同一时间内运行多个 应用程序，每个应用程序被称作一个任务。Linux 就是一个支持多任务的操作系统，比起单任务系 统它的功能增强了许多。 当多任务操作系统使用某种任务调度策略允许两 个或更多进程并发共享一个处理器时，事实上处 理器在某一时刻只会给一件任务提供服务。因为 任务调度机制保证不同任务之间的切换速度十分 迅速，因此给人多个任务同时运行的错觉。多任 务系统中有3个功能单位：任务、进程和线程。
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3.2 进程控制编程


3.2.2 Linux守护进程
重设文件权限掩码
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3.1 Linux下多任务机制的介绍

3.1.3 线程

线程的种类 用户级线程 轻量级进程 内核线程
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3.2 进程控制编程

3.2.1 进程编程基础


fork()
fork()函数用于从已存在的进程中创建一个新进程。新进程称为子进程，而 原进程称为父进程。使用fork()函数得到的子进程是父进程的一个复制品， 它从父进程处继承了整个进程的地址空间，包括进程上下文、代码段、进 程堆栈、内存信息、打开的文件描述符、信号控制设定、进程优先级、进 程组号、当前工作目录、根目录、资源限制和控制终端等，而子进程所独 有的只有它的进程号、资源使用和计时器等。
嵌入式应用程序设计
第3章 嵌入式Linux多任务编程
课程安排：
第1章 搭建嵌入式Linux开发环境 第2章 嵌入式文件I/O编程 第3章 嵌入式Linux多任务编程 第4章 嵌入式Linux进程间通行 第5章 嵌入式Linux多线程编程 第6章 嵌入式Linux网络编程 第7章 Qt图形编程 第8章 嵌入式Linux设备驱动编程 第9章 Qt聊天项目设计

进程的终止：

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3.1 Linux下多任务机制的介绍

3.1.2 进程

进程的内存结构
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3.1 Linux下多任务机制的介绍

3.1.3 线程


线程的概念 它是进程内独立的一条运行路线，处理器调度的最小单元，也可 以称为轻量级进程。线程可以对进程的内存空间和资源进行访问 ，并与同一进程中的其他线程共享。因此，线程的上下文切换的 开销比创建进程小得多。 线程与进程间的关系
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3.1 Linux下多任务机制的介绍

3.1.2 进程

主要的进程标识：


进程号(Process Idenity Number，PID) PID惟一地标识一个进程 父进程号(parent process ID，PPID) 指向当前进程的父进程
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3.1 Linux下多任务机制的介绍

3.1.2 进程
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3.2 进程控制编程

3.2.1 进程编程基础

wait()和waitpid()


wait()函数是用于使父进程（也就是调用wait()的进程）阻塞，直 到一个子进程结束或者该进程接到了一个指定的信号为止。如果 该父进程没有子进程或者他的子进程已经结束，则wait()就会立即 返回。 wait函数语法：
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3.2 进程控制编程

3.2.1 进程编程基础

exit()和_exit()的执行过程
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3.2 进程控制编程

3.2.1 进程编程基础

exit()和_exit()的区别

_exit()函数的作用最为简单：直接使进程停止运行，清除其使用 的内存空间，并销毁其在内核中的各种数据结构； exit()函数则在这些基础上作了一些包装，在执行退出之前加了若 干道工序。 exit()函数在调用exit系统调用之前要检查文件的打开情况，把文 件缓冲区中的内容写回文件，就是图中的"清理I/O缓冲"一项。
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3.2 进程控制编程


3.2.2 Linux守护进程
在子进程中创建新会话


进程组 进程组是一个或多个进程的集合。进程组由进程组ID来惟一标识。 除了进程号（PID）之外，进程组ID也是一个进程的必备属性。 每个进程组都有一个组长进程，其组长进程的进程号等于进程组ID 。且该进程ID不会因组长进程的退出而受到影响。 会话期 会话组是一个或多个进程组的集合。通常，一个会话开始于用户登 录，终止于用户退出，在此期间该用户运行的所有进程都属于这个 会话期

fork()函数语法：
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3.2 进程控制编程

3.2.1 进程编程基础

exec函数族

fork()函数是用于创建一个子进程，该子进程几乎拷贝了父进程的 全部内容，但是，这个新创建的进程如何执行呢？这个exec函数 族就提供了一个在进程中启动另一个程序执行的方法。

exec函数族成员函数语法：

wait()和waitpid()

waitpid函数语法：
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3.2 进程控制编程

3.2.1 进程编程基础

wait()和waitpid()

waitpid实例：
开始
fork()
返回值 = 0
fork()返回值
返回值>0 父进程调用 waitpid()
子进程暂停5s waitpid() 返回值 子进程退出 返回值<0（出错） 返回值 = 子进程号 捕获子进程退出
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3.1 Linux下多任务机制的介绍

3.1.1 任务

任务是一个逻辑概念，指由一个软件完成的活动，或者是一系列共 同达到某一目的的操作。通常一个任务是一个程序的一次运行，一 个任务包含一个或多个完成独立功能的子任务，这个独立的子任务 是进程或者是线程。 任务、进程和线程之间的关系 ：

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3.1 Linux下多任务机制的介绍
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3.2 进程控制编程


3.2.2 Linux守护进程
在子进程中创建新会话


setsid()函数作用： setsid()函数用于创建一个新的会话，并担任该会话组的组长。调用 setsid()有下面的3个作用。 让进程摆脱原会话的控制。 让进程摆脱原进程组的控制。 让进程摆脱原控制终端的控制。 setsid()函数格式：

3.1.2 进程


进程是指一个具有独立功能的程序在某个数据集合上的一次动态执 行过程，它是系统进行资源分配和调度的基本单元。一次任务的运 行可以并发激活多个进程，这些进程相互合作来完成该任务的一个 最终目标。 进程的特性

并发性 动态性 交互性 独立性 异步性
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3.1 Linux下多任务机制的介绍
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3.2 进程控制编程

3.2.1 进程编程基础

wait()和waitpid()

waitpid()的作用和wait()一样，但它并不一定要等待第一个终止的子进程 ，它还有若干选项，如可提供一个非阻塞版本的wait()功能，也能支持作 业控制
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3.2 进程控制编程

3.2.1 进程编程基础

进程状态

运行状态 可中断的阻塞状态 不可中断的阻塞状态 可终止的阻塞状态 暂停状态 跟踪状态 僵尸状态 僵尸撤销状态
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3.1 Linux下多任务机制的介绍

3.1.2 进程

进程状态转换关系：
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3.1 Linux下多任务机制的介绍

3.1.2 进程

进程的创建和执行：
父进程暂停5s 返回值 = 0
结束
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3.2 进程控制编程

3.2.2 Linux守护进程


源自文库

守护进程，也就是通常所说的Daemon进程，是Linux中的后台服务 进程。它是一个生存期较长的进程，通常独立于控制终端并且周期 性的执行某种任务或等待处理某些发生的事件 守护进程常常在系统引导装入时启动，在系统关闭时终止 Linux系统有很多守护进程，大多数服务都是用守护进程实现的 在Linux中，每一个系统与用户进行交流的界面称为终端，每一个 从此终端开始运行的进程都会依附于这个终端，这个终端就称为这 些进程的控制终端，当控制终端被关闭时，相应的进程都会被自动 关闭。 守护进程能够突破这种限制，它从被执行开始运转，直到整个系统 关闭才会退出。如果想让某个进程不因为用户或终端或其他的变化 而受到影响，就必须把这个进程变成一个守护进程。
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3.2 进程控制编程


3.2.2 Linux守护进程
编写守护进程

创建子进程，父进程退出 在子进程中创建新会话 改变当前目录为根目录 重设文件权限掩码 关闭文件描述符
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3.2 进程控制编程


3.2.2 Linux守护进程
创建子进程，父进程退出



这是编写守护进程的第一步。由于守护进程是脱离控制终端的，因此 ，完成第一步后就会在shell终端里造成一种程序已经运行完毕的假象 。之后的所有工作都在子进程中完成，而用户在shell终端里则可以执 行其他的命令，从而在形式上做到了与控制终端的脱离。 由于父进程已经先于子进程退出，会造成子进程没有父进程，从而变 成一个孤儿进程。在Linux中，每当系统发现一个孤儿进程，就会自动 由1号进程（也就是init进程）收养它，这样，原先的子进程就会变成 init进程的子进程了。 实例： pid = fork(); if (pid > 0) { exit(0); /*父进程退出*/ }


环境变量的使用

exec函数族可以默认系统的环境变量，也可以传入指定的环境 变量。这里，以“e”(Enviromen)结尾的两个函数execle、 execve就可以在envp[]中指定当前进程所使用的环境变量
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3.2 进程控制编程

3.2.1 进程编程基础

exec函数执行失败，常见原因：
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3.2 进程控制编程

3.2.1 进程编程基础

exec函数族使用区别

可执行文件查找方式

表中的前四个函数的查找方式都是完整的文件目录路径，而最 后两个函数(以p结尾的函数)可以只给出文件名，系统就会自动 从环境变量“$PATH”所指出的路径中进行查找。

参数表传递方式
两种方式：逐个列举、将所有参数整体构造指针数组传递 以函数名的第五位字母来区分的，字母为“l”(list)的表示逐个 列举的方式，其语法为char *arg；字母为“v”(vertor)的表示将 所有参数整体构造指针数组传递，其语法为*const argv[]