APUE学习笔记（八）进程控制
8.1 进程标识
每个进程都有一个非负整型表示的唯一进程ID。进程ID是可重用的。
ID为0的进程通常是调度进程，常常被称为交换进程（swapper）。 该进程是内核的一部分，它并不执行任何磁盘上的程序。
ID为1通常是init进程，在自举过程结束时由内核调用。
#include 8.2 fork
一个现有的进程可以调用fork函数创建一个新进程。子进程获得父进程数据空间、堆和栈的副本。 父进程和子进程共享正文段。
作为优化，某些实现中不完全创建副本，而使用写时复制技术。父进程和子进程共享这些区域，但是如果任一个试图修改这些区域，则内核只为修改区域的那块内存制作一个副本。
例子
#include "apue.h"
int globalvar = 6;
char buf[] = "hello, huahua\n";
int main(void) {
int var;
pid_t pid;
var = 88;
if (write(STDOUT_FILENO, buf, sizeof(buf) -1) != sizeof(buf) - 1) //sizeof包含了最后的null
err_sys("write error");
printf("before fork\n");
//写入缓冲区，如果是在shell运行是行缓冲，被换行符刷新；
// 如果是写入到文件是全缓冲，不会刷新，缓冲内容会带到子进程
if ((pid = fork()) < 0)
err_sys("fork error");
else if (pid == 0) { //子进程
globalvar++; //数据空间独立，只有子进程的变量会被修改
var++;
} else { //父进程
sleep(2);
}
printf("pid: %d, global var: %d, var: %d\n", pid, globalvar, var);
exit(0);
}
父进程和子进程每个相同的打开描述符共享一个文件表项。父进程和子进程共享同一个文件偏移量。
在fork之后处理文件描述符的方式：
- 在fork之后处理文件描述符
- 父进程和子进程各自关闭它们不需使用的文件描述符
使fork失败的两个主要原因：
- 系统中已经有了太多的进程
- 该实际用户ID的进程总数超过了系统限制。
fork有以下两种用法：
- 一个父进程希望复制自己，使父进程和子进程同时执行不同的代码段。
- 一个进程要执行一个不同的程序。
8.3 vfork
vfork与fork一样都创建一个子进程，但是它并不将父进程的地址空间完全复制到子进程中，因为子进程会立即调用exec或exit。
在子进程调用exec或exit之前，它在父进程的空间中运行。
vfork保证子进程先运行，在它调用exec或exit之后父进程才可能被调度运行。
#include "apue.h"
int globalvar = 6;
int main(void) {
int var;
pid_t pid;
var = 88;
printf("before fork\n");
if ((pid = vfork()) < 0)
err_sys("fork error");
else if (pid == 0) { //子进程
globalvar++; //会修改父进程的数据
var++;
_exit(0); //退出时不会刷新缓冲区,如果同时关闭了fd，则不会输出任何内容
}
printf("pid: %d, global var: %d, var: %d\n", pid, globalvar, var);
exit(0);
}
8.4 exit函数
进程终止的情况
（1） 从main返回；
（2） 调用exit, 执行各种终止处理程序
（3） 调用_exit或_Exit，不执行终止处理程序或信号处理程序
（4） 最后一个线程从其启动例程返回。线程的返回值不是进程的终止值。
（5） 从最后一个线程调用pthread_exit
（6） 调用abort，它产生SIGABRT信号。
（7） 接到一个信号，信号可由进程自身（如调用abort函数）、其他进程或内核产生
（8） 最后一个线程对取消请求做出响应
不管进程如何终止，最后都会执行内核中的同一段代码。这段代码为相应进程关闭所有打开描述符，释放它所使用的存储器等。该终止进程的父进程都能用wait或waitpid函数取得其终止状态。
孤儿进程
对于父进程已经终止的所有进程，它们的父进程都改变为 init 进程。只要有一个子进程终止，init 就会调用一个wait函数取得其终止状态。所以init的子进程不会成为僵尸进程。
僵尸进程
一个已经终止、但是其父进程尚未对其进行善后处理（获取终止子进程的有关信息、释放它仍占用的资源）的进程被称为僵尸进程（zombie）。
8.5 函数wait和waitpid
调用wait或waitpid的进程时：
- 如果其所有子进程都还在运行则阻塞。
- 如果一个子进程已终止，正等待父进程获取其终止状态，则取得该子进程的终止状态立即返回。
- 如果它没有任何子进程，则立即出错返回。
#include "apue.h"
#include "sys/wait.h"
void pr_exit(int status) {
if (WIFEXITED(status))
printf("normal exit, exit status= %d\n", WEXITSTATUS(status));
else if (WIFSIGNALED(status))
printf("abnormal termination, signal number= %d%s\n", WTERMSIG(status),
#ifdef WCOREDUMP
WCOREDUMP(status)? "core file exits" : "");
#else
"");
#endif
else if (WIFSTOPPED(status))
printf("child stopped, signal number = %d\n", WSTOPSIG(status));
}
int main(void) {
int status;
pid_t pid;
if ((pid = fork()) < 0)
err_sys("fork error");
else if (pid == 0)
exit(7); //正常退出
if (wait(&status) != pid)
err_sys("wait error");
pr_exit(status);
if ((pid = fork()) < 0)
err_sys("fork error");
else if (pid == 0)
abort(); //异常退出
if (wait(&status) != pid)
err_sys("wait error");
pr_exit(status);
if ((pid = fork()) < 0)
err_sys("fork error");
else if (pid == 0)
status /= 0; //异常退出
if (wait(&status) != pid)
err_sys("wait error");
pr_exit(status);
exit(0);
}
waitpid通过指定pid设置不同选项。
pid > 0, 等待指定pid
pid == -1 等待任一子进程
pid == 0 等待组ID等于调用进程组ID的任一子进程
pid < -1 等待组ID等于pid绝对值的任一子进程
8.6 竞争条件
fork之后执行的操作如果对子进程和父进程的执行顺序有要求，则会产生竞争条件。为了处理竞争条件，需要子进程和父进程之间通过信号传递。
例子1，进程竞争展示，输出的字符顺序可能会混乱。
#include "apue.h"
static void charatatime(char *);
int main(void)
{
pid_t pid;
if ((pid = fork()) < 0) {
err_sys("fork error");
} else if (pid == 0) {
charatatime("output from child,output from child,output from child,output from child,output from child,output from child,output from child\n");
} else {
charatatime("output from parent,output from parent,output from parent,output from parent,output from parent,output from parent,output from parent\n");
}
exit(0);
}
static void charatatime(char *str)
{
char *ptr;
int c;
setbuf(stdout, NULL); /* set unbuffered */
for (ptr = str; (c = *ptr++) != 0; )
putc(c, stdout);
}
添加同步控制
#include "apue.h"
static void charatatime(char *);
int main(void)
{
pid_t pid;
TELL_WAIT();
if ((pid = fork()) < 0) {
err_sys("fork error");
} else if (pid == 0) {
WAIT_PARENT(); /* parent goes first */
charatatime("output from child\n");
} else {
charatatime("output from parent\n");
TELL_CHILD(pid);
}
exit(0);
}
static void charatatime(char *str)
{
char *ptr;
int c;
setbuf(stdout, NULL); /* set unbuffered */
for (ptr = str; (c = *ptr++) != 0; )
putc(c, stdout);
}
这里用到的信号处理函数包含在time_wait.c中，在CMakeList中修改
#添加到可执行文件中
add_executable(${name} ${file} ../include/error.c
../lib/tellwait.c)
8.7 exec函数
当进程调用一种exec函数时，该进程执行的程序完全替换为新程序，而新程序则从其main函数开始执行。
exec只是用磁盘上的一个新程序替换了当前进程的正文段、数据段、堆段和栈段。
#include 有7种不同的exec函数，这7个函数中只有execve是内核的系统调用。不同之处在于：
- 可执行文件通过路径名/文件名/fd查找
- 参数列表传入方式的不同
- 传入环境表的方式不同
他们相互之间存在调用关系
execlp->execvp->execv->execve
execl->execv->execve
execle->execve
fexecve->execve
例子
#include "apue.h"
#include 8.8 解释器文件
就是解释器脚本文件，初始行的格式通常是
#! pathname [ optional-argument ]
pathname指定解释器路径。
内核使调用exec函数的进程实际执行的并不是该解释器文件，而是在该解释器文件第一行中pathname所指定的文件。
解释器文件的好处：
- 隐藏脚本文件的细节
- 提高执行效率。执行过程比较复杂。
- 允许使用其他shell来编写shell脚本。
8.9 system函数
system函数执行传入的命令，在其实现中调用了fork、exec和waitpid。使用system的优点是system进行了所需的各种出错处理以及各种信号处理。
#include 例子
#include 注意，设置用户ID或设置组ID程序决不应调用system函数，有安全问题。如果一个进程正以特殊的权限（设置用户ID或设置组ID） 运行，它又想生成另一个进程执行另一个程序， 则它应当直接使用fork和exec， 而且在fork之后、 exec之前要更改回普通权限。
8.10 用户标识
获取用户登录名。
#include 例子
#include "unistd.h"
#include "apue.h"
int main(void) {
char* user;
if ((user = getlogin()) != NULL)
printf("%s", user);
exit(0);
}
8.11 进程调度
进程的调度策略和调度优先级是由内核确定的。 可以通过nice获得和调整进程的优先级。
进程可以降低优先级，只有特权进程可以提高优先级。
例子
#include "unistd.h"
#include "apue.h"
#include 其他函数
#include 8.12 进程时间
获取进程的系统CPU时间，用户CPU时间和时钟时间。
#include 例子
static void
do_cmd(char *cmd) /* execute and time the "cmd" */
{
struct tms tmsstart, tmsend;
clock_t start, end;
int status;
printf("\ncommand: %s\n", cmd);
if ((start = times(&tmsstart)) == -1) /* starting values */
err_sys("times error");
if ((status = system(cmd)) < 0) /* execute command */
err_sys("system() error");
if ((end = times(&tmsend)) == -1) /* ending values */
err_sys("times error");
pr_times(end-start, &tmsstart, &tmsend);
pr_exit(status);
}