2023-02-23

进程

所谓进程，顾名思义，就是描述一个程序的执行过程。

进程与程序的区别：

程序是存储在磁盘资源中的静态指令集合，没有执行的概念
进程是程序的动态过程，包括创建，凋亡等等

并发与并行的区别：

并发是指在同一时间段有多个任务同时执行，由操作系统的调度算法来实现，比较经典的就是时间片轮转。
并行是指在多个处理器核心下同时执行任务，比如一个cpu4核心，那么可以同时在每个核心中执行任务，也就是可以同时执行四个任务

进程的地址空间由内核空间和用户空间组成，下面主要介绍用户空间

stack用来存储非静态的局部变量
heap用来存储动态申请的内存
.bss用来存放未初始化的全局变量
.data用来存放初始化过并且值不等于0的全局变量
.rodata用来存放只读的变量
.text用来存放程序的文本段

当用户进程需要通过内核获取资源时,会切换到内核态运行,这时当前进程会使用内核空间的资源

进程的状态

运行态
睡眠态

可中断的睡眠：可被信号唤醒或者等待事件或者资源就绪
不可中断的睡眠：只能等待特定的事件或者资源就绪
停止态(进程暂停接受某种处理。例如：gdb调试断点信息处理。)
僵尸态(进程已经结束但是资源未被释放)

进程之间的通信
进程之间的通信方式有:管道,信号,消息队列,共享内存,网络

1.管道
管道

无名管道
无名管道用于父子进程之间通讯，而且属于单向通讯。
无名管道读端与写端抽象成两个文件进行操作，在无名管道创建成功之后，则会返回读端与写端的文件描述符.

创建无名管道
int pipe(int pipefd[2]);
特点：
1.当管道为空时，读管道会阻塞读进程
2.当管道的写端被关闭了，从管道中读取剩余数据后，read 函数返回 0
3.管道的大小是有限的,不能让父／子进程同时对管道进行读／写操作
有名管道
有名管道是在文件系统中可见的文件,但是不占用磁盘空间,仍然在内存中,可以通过 mkfifo 命令创建有名管道
有名管道用于任意进程之间的通讯,当管道为空时,读进程会阻塞.
创建有名管道
1
2
3
4
5
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
//pathname : 有名管道路径名
//mode : 有名管道文件访问权限
优缺点
优点：可以实现任意进程间通信，操作起来和文件操作一样
缺点：
1.打开的时候需要读写一起进行否则就会阻塞，管道大小是 4096个字节
2.半双工的工作模式，如果和多个进程通信则需要创建多个管道

2.信号
定义：

信号是在软件层次上是一种通知机制,对中断机制的一种模拟，是一种异步通信方式

信号的种类：
信号的种类有很多，在linux下可以根据 kill -l命令查看，由于命令很多就不在此列举了。常用的一个信号是：SIGKILL 该信号用来立即结束程序的运行，并且不能被阻塞、处理和忽略。 它在操作系统中的定义如下:
#define SIGKILL 9
所以我们想杀死进程可以用
kill -9 someprocess
信号的处理流程：
1.信号的发送：由进程发出
2.信号的投递和处理：进程发出的信号由内核接受，然后投递给具体的进程处理。

如图中所示，处理方式有三种：

忽略(除SIGKILL及SIGSTOP)
根据自定义处理函数进行处理
执行默认操作

信号的发送
函数：
kill()和raise()
信号的接收
函数：
pause()//阻塞等待信号
信号处理之用户自定义函数
先了解信号处理时注册到内核的函数：
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
其后参数的sighandler_t类型为:
typedef void (*sighandler_t)(int); typedef void (*)(int) sighandler_t;
以下为一个父进程向子进程发信号，子进程按照自定义处理的代码:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

void do_sig_usr(int sig)
{
    printf(" Receive %s \n",strsignal(sig));
}

int main(void)
{
    pid_t cpid;

    // 设置信号处理方式
    if(signal(SIGUSR1,do_sig_usr) == SIG_ERR){
        perror("[ERROR] signal(): ");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    cpid = fork();

    if(cpid == -1){
        perror("fork(): ");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }else if(cpid == 0){
        printf("Child Process < %d > start.\n",getpid());

        pause(); // 等待信号唤醒,这里需要信号到达之前进入睡眠状态

        exit(EXIT_SUCCESS);
    }else if(cpid > 0){

        sleep(1); // 延时 1s,让子进程先执行

        kill(cpid,SIGUSR1);// 给子进程发送 SIGUSR1 信号

        wait(NULL);// 等待子进程退出
    }

    return 0;
}

子进程退出信号
因为父进程fork子进程后，如果用wait阻塞等待子进程的结束就过于占用资源，而且极其不方便，所以可以改进一下.
我们从子进程的退出事件为着手点，因为子进程的退出是异步事件，即不影响父进程，而且子进程退出后，会自动给父进程发送 SIGCHLD 信号
我们就利用这点。
想法：自定义处理函数do_sig_child对SIGCHLD进行处理。处理方法：函数内部wait。
代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>

void do_sig_child(int sig)
{
    printf("Receive signal < %s >\n",strsignal(sig));
    wait(NULL);
}

int main(void)
{
    pid_t cpid;
    __sighandler_t sigret;

    sigret = signal(SIGCHLD,do_sig_child);
    if (sigret == SIG_ERR){
        perror("[ERROR] signal(): ");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }   
    
    cpid = fork();
    if (cpid == -1){
        perror("[ERROR] fork(): ");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }else if (cpid == 0){ 
        printf("Child process < %d > start.\n",getpid());
        sleep(2);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }else if (cpid > 0){ 
        while(1){
            /*nothing*/
        }
    }   
    return 0;
}

故乡的雪花飘落了