进程控制理论基础

进程的定义：进程是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动，同时也是资源分配的最小单元。

ps：如果当前进程没有创建线程，则当前的进程称为主线程。

程序是放到磁盘的可执行文件

进程是指程序执行的实例

进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和可以复制。

进程是暂时的，程序是长久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。

进程与程序组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）

进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。

进程的生命周期：

创建：每个进程都是由其父进程创建进程可以创建子进程，子进程又可以创建子进程的子进程。

运行：多个进程可以同时存在进程间可以通信

撤销：进程可以被撤销，从而结束一个进程的运行

Linux中查看进程与父进程的相关信息：

ps：查看进程状态 

-eo：列出那些

pid:进程id  （标识进程的唯一数字）

ppid：父进程的id

uid：启动进程的用户id

comm：当前进程内容

cmd 当前进程执行的指令（带[ ]为系统执行指令，其余为当前用户执行指令）

指令调用：ps -eo pid,ppid，comm，cmd

查看进程树：pstree

获取进程id：pid_t getpid(void)

进程的三大状态

执行状态：进程正在占用CPU

就绪状态：进程已具备一切条件，正在等待分配CPU的处理时间片

等待状态：进程不能使用CPU，若等待事件发生则可以将其唤醒

Linux进程

Linux系统是一个多进程的系统，它的进程之间具有并行性、互不干扰等特点。也就是说，每个进程都是一个独立的运行单位，拥有各自的权利和责任。其中，各个进程都运行在独立的虚拟地址空间，因此，即使一个进程发生异常，它也不会影响到系统中的其他进程。

Linux下进程地址空间

Linux中的进程包含3个段，分别为“数据段”、“代码段”和“堆栈段”。

“数据段”存放的是全局变量、常数以及动态数据分配的数据空间；

“代码段”存放的是程序代码的数据。

“堆栈段”存放的是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量等。

进程互斥

进程互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多允许一个进程使用，其他要使用该资源的进程必须等待，直到占用该资源者释放了该资源为止。

临界资源

操作系统中将一次只允许一个进程访问的资源称为临界资源。

临界区

进程中访问临界资源的那段程序代码称为临界区，为实现对临界资源的互斥访问，应保证诸进程互斥进入各自的临界区。

进程同步

一组并发进程按一定顺序执行的过程称为进程间的同步，具有同步关系一组并发进程称为合作进程，合作进程间互相发送的信号称为消息或事件。

进程调度

概念：按一定算法，从一组待运行的进程中选出一个来占有CPU运行

调度方式：抢占式、非抢占式

调度算法

先来先服务调度算法

短进程优先调度算法

高优先级优先调度算法

时间片轮转法

死锁

多个进程因竞争资源而形成一种僵局若无外力作用，这些进程将永远不能再向前推进

僵尸进程

产生原因：

当前进程中生成一个子进程，一般需要调用fork这个系统调用，fork这个函数的特别之处在于一次调用，两次返回，一次返回到父进程中，一次返回到子进程中，我们可以通过返回值来判断其返回点。此时如果子进程先于父进程退出， 同时父进程又没有调用wait/waitpid，则该子进程将成为僵尸进程。

危害：

1、僵尸进程会占用系统资源，如果很多，则会严重影响服务器的性能；

2、孤儿进程不会占用系统资源，最终是由init进程托管，由init进程来释放；

消除方式：

(1) 让僵尸进程成为孤儿进程，由init进程回收；(手动杀死父进程)

(2) 调用fork()两次；

(3) 捕捉SIGCHLD信号，并在信号处理函数中调用wait函数；

进程控制编程

获取id

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

pid_t getpid(void)     获取本进程ID。

pid_t getppid(void)    获取父进程ID

进程创建-fork

#include <unistd.h>

pid_t fork(void)  [括号内一般不添加]

功能：创建子进程（继承父进程的空间、变量，而且父进程子进程并发的，谁先谁后完全是随机的）

fork的奇妙之处在于它被调用一次，却返回两次（一次返回给父进程当前子进程id、一次返回给子进程0），它可能有三种不同的返回值。

进程创建-vfork

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

pid_t vfork(void)

功能：创建子进程（不继承父进程的空间、变量,且子进程先运行，子进程内部用_exit(0），程序结束用exit(0)）

ps：此种创建下，父进程在两种情况下运行

1、子进程运行结束

2、子进程执行新的任务

exec函数族

exec用被执行的程序替换调用它的程序。

区别：  

1、fork创建一个新的进程，产生一个新的PID。

2、exec启动一个新程序，替换原有的进程，因此进程的PID不会改变

#include<unistd.h>

int execl(const char * path,const char * arg1, ....)

参数：

path：被执行程序名（含完整路径）。

arg1 – argn: 被执行程序所需的命令行参数，含程序名。以空指针（NULL）结束。

#include<unistd.h>

int execv (const char * path, char * const argv[ ])

参数：path：被执行程序名（含完整路径）；argv[]: 被执行程序所需的命令行参数数组。

#include <stdlib.h>           

int system( const char* string )

功能：调用fork产生子进程，由子进程来调用/bin/sh -c string来执行参数string所代表的命令

进程等待1

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

pid_t wait (int * status)

功能： 阻塞该进程，直到其某个子进程退出。当父进程不想知道子进程状态时（）内使用NULL。

进程等待2

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

pid_t waitpid(pid_t pid,int * status,int options)

pid_t pid:指定的进程

options取0时意味着阻塞等待WNOHANG：

取“WNOHANG”意味着非阻塞等待

pid<-1：取该负数的绝对值 

pid=-1：等于当前进程的任何子进程