0202 Linux進程資源

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一、概述

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進程啟動之后，除了占用內(nèi)存資源之外，在進程中還會打開文件，共享內(nèi)存，網(wǎng)絡(luò)套接字等與內(nèi)核對象關(guān)聯(lián)的資源，

這些資源在子進程中如何處理呢？

本節(jié)以文件為例，分析父子進程間對于與內(nèi)核相關(guān)聯(lián)的資源的處理情況，并使用代碼實例進行演示。

二、資源創(chuàng)建場景

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在使用fork創(chuàng)建子進程的時刻，對資源的使用大致分為兩類情況：

1. 也可能是運行了一段程序，初始化很多資源；然后再創(chuàng)建多進程任務(wù)；

此時，子進程會繼承父進程創(chuàng)建的資源；
同時，要在子進程中關(guān)閉和釋放不再使用的資源，否則會產(chǎn)生資源泄漏；

2. 也可能是剛開始運行，先創(chuàng)建多任務(wù)，然后根據(jù)不同任務(wù)的分工不同，再初始化各自的資源；

此時，各子進程中沒有繼承的資源；

在第一類場景下，對于關(guān)聯(lián)內(nèi)核對象的資源，繼承后的特性也會與單進程使用有一定區(qū)別，下面通過案例來分析一下。

三、資源在子進程中創(chuàng)建

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資源在fork之后創(chuàng)建，也就是在子進程中創(chuàng)建。

這種情況與我們常規(guī)編寫一個main函數(shù)中創(chuàng)建類似，也就是單進程程序一樣，各子進程間互相獨立，沒有聯(lián)系。

3.1 示例代碼

• 下面通過一段測試代碼來演示一下：

/** ex020104_forkafter.c*/
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>#include <errno.h>
#include <string.h>typedef struct Info
{int pid;int seg;
}Info;FILE *fp = NULL;
int segno = 0;void OpenFile(char *path);
void CloseFile();
void ReadFile();
void WriteFile();int main(int argc ,char *argv[])
{int pid = -1;pid = fork();if(pid == 0){OpenFile("test");// in child printf("here in child ,my pid is %d\n", getpid());WriteFile();sleep(5);WriteFile();sleep(5);WriteFile();}else if(pid > 0){OpenFile("test");// in parentprintf("here in parent, my pid %d, child pid is %d\n", getpid(), pid);sleep(3);ReadFile();sleep(5);ReadFile();sleep(5);ReadFile();}else{// errorprintf("fork error[%s]\n",strerror(errno));}CloseFile();return 0;
}

在創(chuàng)建子進程之后，父子進程中同時打開test文件，進行以下步驟：

1. 子進程從文件頭寫入結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)；
2. 父進程從文件頭讀一個結(jié)構(gòu)體大小的數(shù)據(jù)；
3. 然后子進程在上次偏移位置繼續(xù)寫入結(jié)構(gòu)體大小的數(shù)據(jù)；
4. 接著父進程從自己的偏移位置處讀入結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)；
5. 繼續(xù)一次步驟3和4；
6. 在進程結(jié)束時，關(guān)閉文件。

公共的文件操作函數(shù)

為了方便多次測試，將打開文件，關(guān)閉文件，讀寫文件編寫為公共函數(shù)。

void OpenFile(char *path)
{if(NULL == path)return;fp = fopen(path, "w+");if(NULL == fp){printf("open file %s error!\n", path);}return;
}void CloseFile()
{if(NULL != fp)fclose(fp);
}void ReadFile()
{Info rinfo = {0};int pos = 0;if(NULL == fp)return ;/* data read from current position record by the fp. */pos = ftell(fp);fread(&rinfo, sizeof(rinfo), 1, fp);	printf("[%d] read from %d, context(%d, %d) \n", getpid(), pos, rinfo.pid, rinfo.seg);
}void WriteFile()
{Info winfo = {0};int pos = 0;if(NULL == fp)return ;winfo.seg = segno++;winfo.pid = getpid();/* data read from current position record by the fp. */pos = ftell(fp);fwrite(&winfo, sizeof(winfo), 1, fp);	fflush(fp);printf("[%d] write to %d, context(%d, %d) \n", getpid(), pos, winfo.pid, winfo.seg);
}

3.2 進程獨立驗證

• 編譯運行：

[senllang@hatch ex_0201]$ gcc ex020104_forkafter.c -o extest
[senllang@hatch ex_0201]$ ./extest
here in parent, my pid 802470, child pid is 802471
here in child ,my pid is 802471
[802471] write to 0, context(802471, 0)
[802470] read from 0, context(802471, 0)
[802471] write to 8, context(802471, 1)
[802470] read from 8, context(802471, 1)
[802471] write to 16, context(802471, 2)
[802470] read from 16, context(802471, 2)

• 結(jié)果分析

• 可以看到進程802471從文件偏移為0處開始寫入數(shù)據(jù)；
• 而父進程802470也是從偏移為0處讀數(shù)據(jù)；
• 兩個進程的偏移都是各自計數(shù)，互相獨立；文件偏移記錄在內(nèi)核文件表項中；

四、程序啟動時資源創(chuàng)建

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如果在程序啟動時創(chuàng)建文件，也就是在fork之前創(chuàng)建，子進程會繼承之前創(chuàng)建的文件句柄。

在這種情況下，會出現(xiàn)什么樣的情況呢？

4.1 示例代碼

/** ex020103_forkresource.c*/
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>#include <errno.h>
#include <string.h>typedef struct Info
{int pid;int seg;
}Info;FILE *fp = NULL;
int segno = 0;void OpenFile(char *path);
void CloseFile();
void ReadFile();
void WriteFile();int main(int argc ,char *argv[])
{int pid = -1;OpenFile("test");pid = fork();if(pid == 0){// in child printf("here in child ,my pid is %d\n", getpid());WriteFile();sleep(5);WriteFile();sleep(5);WriteFile();}else if(pid > 0){// in parentprintf("here in parent, my pid %d, child pid is %d\n", getpid(), pid);sleep(3);ReadFile();sleep(5);ReadFile();sleep(5);ReadFile();}else{// errorprintf("fork error[%s]\n",strerror(errno));}CloseFile();return 0;
}

這段代碼與前例類似，只是將創(chuàng)建文件放在了fork之前，

也就是FILE *fp 在主程序中先被初始化了，然后創(chuàng)建了子進程，在子進程中引用了一模一樣的內(nèi)容，類似于拷備了一份。

4.2 共用內(nèi)核對象

• 編譯運行

[senllang@hatch ex_0201]$ gcc ex020103_forkresource.c -o extest1
[senllang@hatch ex_0201]$ ./extest1
here in parent, my pid 803877, child pid is 803878
here in child ,my pid is 803878
[803878] write to 0, context(803878, 0)
[803877] read from 8, context(0, 0)
[803878] write to 8, context(803878, 1)
[803877] read from 16, context(0, 0)
[803878] write to 16, context(803878, 2)
[803877] read from 24, context(0, 0)

可以看到很有意思的現(xiàn)象：

• 在子進程803878中，在文件偏移0處寫入，之后偏移變?yōu)?；
• 而之后父進程803877開始讀時，文件偏移為8，并沒有從0開始；
• 接著子進程803878又從偏移8處寫入數(shù)據(jù)，之后偏移變?yōu)?6；
• 而父進程803877讀偏移也變成了16；
• 后面一次，也是父進程中文件偏移，與子進程中文件偏移相互聯(lián)系；

總結(jié)

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好了，到這里，子進程是父進程的拷貝有了更加深入的理解，這里像編程語言中的深拷貝與淺拷貝的關(guān)系。

而子進程其實是做了一些淺拷貝，引用的內(nèi)核文件表項還是一份，這就會引起兩個進程共同操作的問題。

在這種情況下，每次操作需要加鎖，同時要指定操作的位置和大小。

結(jié)尾

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