一、进程控制块PCB
task_struct结构体：
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进程id：系统中每个进程有唯一的id，在c语言中用pid_t类型表示，就是一个非负整数。
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进程的状态：有运行，挂起，停止，僵尸等状态。
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进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
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描述虚拟地址空间的信息。
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描述控制终端的信息。
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当前工作目录。
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umask掩码。
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文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针。
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和信号相关的信息。
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用户id和组id。
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控制终端、session和进程组。
-
进程可以使用的资源上限。
二、进程控制fork
1.fork作用：
根据一个现有的进程复制出一个新进程，原来的进程称为父进程，新进程称为子进程。
系统中运行着很多进程，这些进程都是从最初只有一个进程开始一个一个复制出来的。
2.在shell下输入命令运行一个程序，因为shell进程在读取用户输入的命令之后会调用fork夫指出一个新的shell进程。
fork调用失败返回-1。
fork在子进程中返回0，子进程可以调用getpid函数得到自己的进程id，也可调用getpid函数得到父进程id。
在父进程中用getpid得到自己的进程id，要想得到子进程id，只有将fork返回值记录下来！
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
char *msg;
int n;
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork");
exit(1);
}
if (pid == 0) {
n=6;
while (n > 0) {
printf("child self=%d, parent=%d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
n--;
}
} else {
n = 3;
while (n > 0) {
printf("father self=%d, parent=%d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
n--;
}
}
return 0;
}3.创建10个子进程，并打印他们的pid和ppid？
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
char *msg;
int n;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork");
exit(1);
}
if (!pid) {
sleep(1);
printf("child[%d], self=%d, parent=%d\n", i, getpid(), getppid());
break;
}
}
return 0;
}4.gdb如何调试多进程？
三、exec函数族
1.当进程调用一种exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执行。
如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不在返回，如果出错返回-1。
exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。
exec系统调用执行新程序时会把命令行参数和环境变量表传递给main函数。
和命令行参数argv类似，环境变量表也是一个字符串数组。
name=value
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
printf("path value = [%s]\n", getenv("PATH"));
setenv("PATH", "hello", 1);
printf("path value = [%s]\n", getenv("PATH"));
// extern char **environ;
// for (int i = 0; environ[i]; i++) {
// printf("%s\n", environ[i]);
// }
return 0;
}
①不带字母p（path）的exec函数第一个参数必须是程序的相对路径或绝对路径，如：“/bin/ls”或“./a.out”
②对于带字母p的函数：如果参数中包含/，将其视为路径名。否则视为不带路径的程序名，在PATH环境变量的目录列表中搜索这个程序。
③对于以e（environment）结尾的exec函数，可以把一份新的环境表量表与其他exec仍使用当前的环境变量表执行新程序。
2.实现exec族函数调用命令
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
execlp("ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
perror("exec");
exit(1);
return 0;
}#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
char *arr[] = {"hello", "-a", "-l", NULL};
execvp("ls", arr);
perror("exec");
exit(1);
}3.实现流的重定向
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
if (argc < 3) {
printf("usage:cmd + inputfile + outputfile\n");
return 1;
}
int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
if (fd < 0) {
perror("open read");
exit(1);
}
dup2(fd, 0);
close(fd);
fd = open(argv[2], O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
if (fd < 0) {
perror("open write");
exit(1);
}
dup2(fd, 1);
close(fd);
execl("./upper", "./upper", NULL);
perror("exec");
return 0;
}四、wait和waitpid函数
1.一个进程在终止时会关闭所有文件描述符，释放在用户空间分配的内存，但它的PCB还保留着，内核在其中保存了一些信息：
如果正常终止则保存着退出状态，如果异常终止保存着导致该进程终止的信号是哪个。
父进程调用wait或waitpid获取这些信息，然后彻底清除掉这个进程。
一个进程的退出状态可以在shell中用特殊变量$?查看，因为shell是它的父进程，当终止时，shell调用wait或waitpid得到它的退出状态同时彻底清除掉这个进程。
①如果一个进程已经终止，但它的父进程尚未调用wait或waitpid对它进行清理，这时的进程状态称为僵尸进程。可以用ps?u查看进程状态。
②如果用kill -9去杀掉一个僵尸进程：僵尸进程还在杀不了。但杀父进程是可以的。
?
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void) {
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork");
exit(1);
}
if (pid == 0) {
int n = 5;
while (n > 0) {
printf("Is child process\n");
sleep(1);
n--;
}
} else {
int stat_val;
waitpid(pid, &stat_val, 0);
if (WIFEXITED(stat_val)) {
printf("child exited with code: %d\n", WEXITSTATUS(stat_val));
} else if (WIFSIGNALED(stat_val)) {
printf("child terminated abnormally, signal is %d\n %d\n", WTERMSIG(stat_val));
}
}
return 0;
}2.父进程调用wait或waitpid可能会：
①阻塞（所有子进程还在运行）
②带子进程的终止信息立即返回（如果一个子进程已终止，正等待父进程读取其终止信息）
③出错立即返回（没有任何子进程）
3.wait VS?waitpid
如果父进程的所有子进程都在运行，调用wait将使父进程阻塞，而调用waitpid如果在options参数中指定WNOHANG可使父进程不阻塞而立即返回0。
wait等待任一停止的子进程，而waitpid通过pid参数指定等待哪一个子进程。
五、进程间通信
1.IPC:?interProcess?communication
每个进程各自有不同的用户地址空间，任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核。
在内核开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷贝到内核缓冲区，进程2从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信。
2.管道
①管道是一种最基本的IPC机制，由pipe函数创建。
调用pipe函数时在内核开辟一块缓冲区（管道）用于通信，有一个读端一个写端，然后通过filedes参数传出给用户程序两个文件描述符。
filedes[0]指向管道读端，filedes[1]指向管道写端
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void) {
pid_t pid;
int fd[2], n;
char buf[20];
if (pipe(fd) < 0) {
perror("pipe");
exit(1);
}
pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork");
exit(1);
}
if (pid > 0) {
close(fd[0]);
write(fd[1], "hello pipe\n", 11);
wait(NULL);
} else {
close(fd[1]);
sleep(1);
n = read(fd[0], buf, 20);
write(1, buf, n);
}
return 0;
}②使用管道注意以下4中特殊情况（假设都是阻塞I/O操作，没有设置O_NONBLOCK标志）：
-
如果所有指向管道写端的文件描述符关闭了，而仍然有进程从管道的读端读数据，那么管道中神域数据都被读取后，再次read会返回0，像读到文件末尾一样。
-
如果有指向管道写端的文件描述符没有关闭，而持有管道写端的进程也没有向管道写数据，这时有进程从管道读端读数据，那么管道中剩余数据被读取后，再次read会阻塞，直到管道中有数据可读才读取数据并返回。
-
如果所有指向管道读端的文件描述符关闭了，这时有进程向管道的写端write，那么该进程会收到信号SIGPIPE，通常会导致进程异常终止。
-
如果有指向管道读端的文件描述符没关闭，而持有管道读端的进程也没从管道读数据，这时有进程向管道写端写数据，那么在管道被写满时再次write会阻塞，知道管道中有空位置才写入数据并返回。
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> int main(void) { pid_t pid; int fd[2], n; char buf[20]; char test[1024]; if (pipe(fd) < 0) { perror("pipe"); exit(1); } pid = fork(); if (pid < 0) { perror("fork"); exit(1); } if (pid > 0) { close(fd[0]); for (int i = 0; i< 100; i++) { write(fd[1], test, 1024); printf("i=%d\n", i); } wait(NULL); } else { close(fd[1]); sleep(10); } return 0; }