一、進(jìn)程的概述

????????可執(zhí)行程序運(yùn)行起來后（沒有結(jié)束之前)，它就成為了一個進(jìn)程。程序是存放在存儲介質(zhì)上的一個可執(zhí)行文件，而進(jìn)程是程序執(zhí)行的過程。進(jìn)程的狀態(tài)是變化的，其包括進(jìn)程的創(chuàng)建、調(diào)度和消亡。程序是靜態(tài)的，進(jìn)程是動態(tài)的。

1、程序和進(jìn)程的區(qū)別

????????程序 靜態(tài)的 占磁盤空間（存放在存儲介質(zhì)上的一個可執(zhí)行文件）

????????進(jìn)程 動態(tài)的 （調(diào)度、執(zhí)行、消亡），占內(nèi)存空間。（進(jìn)程是程序執(zhí)行到結(jié)束間的這個過 程）

?2、單道和多道程序設(shè)計

????????單道程序設(shè)計 所有進(jìn)程一個一個排隊執(zhí)行。若A阻塞，B只能等待，即使CPU處于空閑狀 態(tài)。這種模型在系統(tǒng)資源利用上及其不合理，大部分已被淘汰了。

????????多道程序設(shè)計 在計算機(jī)內(nèi)存中同時存放幾道相互獨(dú)立的程序，它們在管理程序控制之 下，相互穿插的運(yùn)行。當(dāng)下常見CPU為納秒級，由于人眼的反應(yīng)速度是毫秒級，所以看似同時在運(yùn)行。
而多道程序設(shè)計必須有硬件基礎(chǔ)作為保證。時鐘中斷（強(qiáng)制讓進(jìn)程讓出cpu資源）即為多道程序設(shè)計模型的理論基礎(chǔ)。

3、并行和并發(fā)的區(qū)別

????????并行（微觀）和并發(fā)（宏觀）都是多個任務(wù)同時執(zhí)行（多道程序）。

????????并行(parallel)：指在同一時刻，有多條指令在多個處理器上同時執(zhí)行（微觀上同時執(zhí)行）（多核）

????????并發(fā)(concurrency)：指在同一時刻只能有一條指令執(zhí)行，但多個進(jìn)程指令被快速的輪換執(zhí) 行，使得在宏觀上具有多個進(jìn)程同時執(zhí)行的效果，但在微觀上并不是同時執(zhí)行的，只是把時 間分成若干段，使多個進(jìn)程快速交替的執(zhí)行（單核 ）

?4、進(jìn)程控制塊（PCB）

????????進(jìn)程運(yùn)行時，內(nèi)核為每個進(jìn)程分配一個PCB（進(jìn)程控制塊），維護(hù)進(jìn)程相關(guān)的信 息，Linux內(nèi)核的進(jìn)程控制塊是task_struct結(jié)構(gòu)體。 PCB存在于進(jìn)程的內(nèi)核空間里面。系統(tǒng)會為每一個進(jìn)程分配一個進(jìn)程ID，其類型為pid_t(非負(fù)整數(shù)) ，進(jìn)程的狀態(tài)，有就緒、運(yùn)行、掛起、停止等狀態(tài)。進(jìn)程狀態(tài)切換時需要保存和恢復(fù)的一些CPU寄存器。進(jìn)程是系統(tǒng)分配資源的基本單位。

5、進(jìn)程的狀態(tài)

進(jìn)程的三大狀態(tài)：就緒態(tài)、執(zhí)行態(tài)、等待態(tài)

• 就緒態(tài)：執(zhí)行條件全部滿足，等待CPU的執(zhí)行調(diào)度
• 執(zhí)行(運(yùn)行)態(tài)：正在被CPU調(diào)度執(zhí)行
• 等待態(tài)：不具備CPU調(diào)度執(zhí)行的執(zhí)行條件，等待條件滿足。?

ps命令查看進(jìn)程信息:?

選項	含義
-a	顯示終端上的所有進(jìn)程，包括其他用戶的進(jìn) 程
-u	顯示進(jìn)程的詳細(xì)狀態(tài)
-x	顯示沒有控制終端的進(jìn)程
-w	顯示加寬，以便顯示更多的信息
-r	只顯示正在運(yùn)行的進(jìn)程

查看進(jìn)程狀態(tài)：ps -aux?

?stat中的參數(shù)意義如下:

以樹狀顯示進(jìn)程：pstree

?二、進(jìn)程號PID

????????每個進(jìn)程都由一個進(jìn)程號來標(biāo)識，其類型為 pid_t（整型），進(jìn)程號的范圍：0～32767。 進(jìn)程號總是唯一的，但進(jìn)程號可以重用。當(dāng)一個進(jìn)程終止后，其進(jìn)程號就可以再次使用 。

• 進(jìn)程號（PID）： 標(biāo)識進(jìn)程的一個非負(fù)整型數(shù)
• 父進(jìn)程號（PPID）:父進(jìn)程號
• 進(jìn)程組號（PGID）： 進(jìn)程組是一個或多個進(jìn)程的集合。?

1、獲取進(jìn)程號的函數(shù)?

頭文件：

#include<sys/type.h>

#include<unistd.h>

函數(shù)：

pid_t getpid(void); ?

功能： 獲取本進(jìn)程號（PID）

參數(shù)： 無

返回值： 本進(jìn)程號?

?2、獲取父進(jìn)程的ID

#include<sys/type.h>

#include<unistd.h>

pid_t getppid(void);

功能： 獲取調(diào)用此函數(shù)的進(jìn)程的父進(jìn)程號（PPID）

參數(shù)： 無

返回值： 調(diào)用此函數(shù)的進(jìn)程的父進(jìn)程號（PPID）

3、獲取進(jìn)程組的ID

#include<sys/type.h>

#include<unistd.h>

pid_t getpgid(pid_t pid);

功能： 獲取進(jìn)程組號（PGID）

參數(shù)： pid：進(jìn)程號

返回值： 參數(shù)為 0 時返回當(dāng)前進(jìn)程組號，否則返回參數(shù)指定的進(jìn)程的進(jìn)程組號 ?

查看父子進(jìn)程號：ps -ef?

?查看所有進(jìn)程號：ps -ajx

getchar();防止進(jìn)程結(jié)束。?

三、 fork創(chuàng)建進(jìn)程

1、fork函數(shù)

????????系統(tǒng)允許一個進(jìn)程創(chuàng)建新進(jìn)程，新進(jìn)程即為子進(jìn)程，子進(jìn)程還可以創(chuàng)建新的子進(jìn)程，形成進(jìn) 程樹結(jié)構(gòu)模型。

#include<sys/types.h>

#include<unistd.h>

pid_t fork(void);

功能： 用于從一個已存在的進(jìn)程中創(chuàng)建一個新進(jìn)程，新進(jìn)程稱為子進(jìn)程，原進(jìn)程稱為父進(jìn)程。

參數(shù)： 無

返回值： 成功：子進(jìn)程中返回 0，父進(jìn)程中返回子進(jìn)程 ID。pid_t，為整型。 失敗：返回-1。

失敗的兩個主要原因：

????????1）當(dāng)前的進(jìn)程數(shù)已經(jīng)達(dá)到了系統(tǒng)規(guī)定的上限，這時 errno 的值被設(shè)置為 EAGAIN。

????????2）系統(tǒng)內(nèi)存不足，這時 errno 的值被設(shè)置為 ENOMEM?

2、fork出來的子進(jìn)程和父進(jìn)程之間的關(guān)系?

?????????使用fork函數(shù)得到的子進(jìn)程是父進(jìn)程的一個復(fù)制品，它從父進(jìn)程處繼承了整個進(jìn)程的地址空間。 地址空間: 包括進(jìn)程上下文、進(jìn)程堆棧、打開的文件描述符、信號控制設(shè)定、進(jìn)程優(yōu) 先級、進(jìn)程組號等。 子進(jìn)程所獨(dú)有的只有它的進(jìn)程號，計時器等。因此，使用fork函數(shù)的代價是很大的 。

????????父子進(jìn)程 從fork后開始繼續(xù)執(zhí)行。父子進(jìn)程是同時運(yùn)行，空間獨(dú)立，子進(jìn)程復(fù)制父進(jìn)程的所有空間，誰先運(yùn)行不確定。?

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc,char *argv[])
{//創(chuàng)建子進(jìn)程pid_t pid=fork();if(pid<0){perror("創(chuàng)建失敗\n");}else if(pid==0){printf("%d為子進(jìn)程\n",getpid());}else if(pid>0){printf("%d為父進(jìn)程\n",getpid());}getchar();return 0;
}   

3、子進(jìn)程 復(fù)制 父進(jìn)程的資源（各自獨(dú)立）

4、父子進(jìn)程同時運(yùn)行

5、父進(jìn)程 給子進(jìn)程 足夠的準(zhǔn)備時間時?

?四、特殊的進(jìn)程

????????孤兒進(jìn)程、僵尸進(jìn)程、守護(hù)進(jìn)程。?

1、孤兒進(jìn)程（無危害）

????????父進(jìn)程先結(jié)束、子進(jìn)程就是孤兒進(jìn)程，會被1號進(jìn)程接管（1號進(jìn)程負(fù)責(zé)給子進(jìn)程回收資 源）

終止子進(jìn)程：?

?2、僵尸進(jìn)程（有害）

????????子進(jìn)程結(jié)束，父進(jìn)程沒有回收子進(jìn)程資源（PCB）,子進(jìn)程就是僵尸進(jìn)程。?

當(dāng)父進(jìn)程結(jié)束后，僵尸進(jìn)程的資源被回收。?

?3、守護(hù)進(jìn)程

????????守護(hù)進(jìn)程 是脫離終端的 孤兒進(jìn)程。在后臺運(yùn)行。為特殊服務(wù)存在的。（一般用于服務(wù)器）

五、父進(jìn)程回收子進(jìn)程的資源

????????在每個進(jìn)程退出的時候，內(nèi)核釋放該進(jìn)程所有的資源、包括打開的文件、占用的內(nèi)存等。但 是仍然為其保留一定的信息，這些信息主要主要指進(jìn)程控制塊PCB的信息（包括進(jìn)程號、退 出狀態(tài)、運(yùn)行時間等）

????????父進(jìn)程可以通過調(diào)用wait或waitpid得到它的退出狀態(tài)同時徹底清除掉這個進(jìn)程。 wait()和 waitpid()函數(shù)的功能一樣，區(qū)別在于，wait()函數(shù)會阻塞，waitpid()可以設(shè)置不阻塞。注意：一次wait或waitpid調(diào)用只能清理一個子進(jìn)程，清理多個子進(jìn)程應(yīng)使用循環(huán)。 wait、waitpid基本上都是在父進(jìn)程調(diào)用。

1、wait函數(shù)

#include<sys/types.h>

#include<sys/wait.h>

pid_t wait(int *status); ?

????????功能： 等待任意一個子進(jìn)程結(jié)束，如果任意一個子進(jìn)程結(jié)束了，此函數(shù)會回收該子進(jìn)程的資源。

????????參數(shù)： status : 進(jìn)程退出時的狀態(tài)信息。

????????返回值： 成功：已經(jīng)結(jié)束子進(jìn)程的進(jìn)程號 失敗： -1

????????注意：

• 調(diào)用wait的進(jìn)程會阻塞(掛起)、直到該函數(shù)返回才被喚醒。
• 若調(diào)用進(jìn)程沒有子進(jìn)程，該函數(shù)立即返回 子進(jìn)程已經(jīng)結(jié)束，該函數(shù)同樣會立即返回，并且會回收那個早已結(jié)束進(jìn)程的資源。
• 如果參數(shù)status 的值不是NULL，wait()就會把子進(jìn)程退出時的狀態(tài)取出并存入其中。這是一個整數(shù)值（ int），指出了子進(jìn)程是正常退出還是被非正常結(jié)束的。

????????狀態(tài)值： int中包含了多個字段，直接使用這個值是沒有意義的，WIFEXITED(status) 如果子進(jìn)程是正常終止的，取出的字段值非零。 WEXITSTATUS(status) 返回子進(jìn)程的退出狀態(tài)，退出狀態(tài)保存在status變 量的8~16位，在用此宏前應(yīng)先用宏WIFEXITED判斷子進(jìn)程是否正常退出，正常退出才可以使用此宏。

?2、waitpid函數(shù)

? ? ? ? wiatpid常用于等待多個子進(jìn)程結(jié)束。

#include<sys/type.h>

#include<sys/wait.h>

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

?功能: 等待子進(jìn)程終止，如果子進(jìn)程終止了，此函數(shù)會回收子進(jìn)程的資源。

參數(shù)：

pid : 參數(shù) pid 的值有以下幾種類型：

• pid > 0 等待進(jìn)程 ID 等于 pid 的子進(jìn)程。
• pid = 0 等待同一個進(jìn)程組中的任何子進(jìn)程，如果子進(jìn)程已經(jīng)加入了別的進(jìn)程組， waitpid 不會等待它。
• pid = -1 等待任一子進(jìn)程，此時 waitpid 和 wait 作用一樣。
• pid < -1 等待指定進(jìn)程組中的任何子進(jìn)程，這個進(jìn)程組的 ID 等于 pid 的絕對值。

status : 進(jìn)程退出時的狀態(tài)信息。和 wait() 用法一樣。

options : options 提供了一些額外的選項來控制 waitpid()。

• 0：同 wait()，阻塞父進(jìn)程，等待子進(jìn)程退出。
• WNOHANG：沒有任何已經(jīng)結(jié)束的子進(jìn)程，則立即返回。
• WUNTRACED：如果子進(jìn)程暫停了則此函數(shù)馬上返回，并且不予以理會子進(jìn)程的結(jié)束狀態(tài)。（由于涉及到一些跟蹤調(diào)試方面的知識，極少用到）

返回值： waitpid() 的返回值比 wait() 稍微復(fù)雜一些，一共有 3 種情況：

1. 當(dāng)正常返回的時候，waitpid() 返回收集到的已經(jīng)回收子進(jìn)程的進(jìn)程號；
2. 如果設(shè)置了選項 WNOHANG，而調(diào)用中 waitpid() 還有子進(jìn)程在運(yùn)行,且沒有子進(jìn)程退出，返回0； 父進(jìn)程的所有子進(jìn)程都已經(jīng)退出了 返回-1； 返回>0表示等到一個子進(jìn) 程退出
3. 如果調(diào)用中出錯，則返回-1，這時 errno 會被設(shè)置成相應(yīng)的值以指示錯誤所在， 如：當(dāng) pid 所對應(yīng)的子進(jìn)程不存在，或此進(jìn)程存在，但不是調(diào)用進(jìn)程的子進(jìn)程，waitpid() 就會出錯返回，這時 errno 被設(shè)置為 ECHILD

waitpid等價于wait的案例：

六、創(chuàng)建多個子進(jìn)程

1、創(chuàng)建2個子進(jìn)程出現(xiàn)的問題

2、防止子進(jìn)程 創(chuàng)建孫進(jìn)程?

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#define N 3
int main(int argc,char *argv[])
{//創(chuàng)建3個子進(jìn)程int i=0;for(;i<N;i++){pid_t pid=fork();if(pid==0)//防止子進(jìn)程創(chuàng)建孫進(jìn)程{break;}}//判斷具體的子進(jìn)程if(i==0)//子進(jìn)程1{//完成任務(wù)Aint i=3;for (; i > 0; i--){printf("子進(jìn)程%d工作剩余時間%d\n",getpid(),i);sleep(1);}_exit(-1);}else if(i==1)//子進(jìn)程2{//完成任務(wù)Bint i=5;for (; i > 0; i--){printf("子進(jìn)程%d工作剩余時間%d\n",getpid(),i);sleep(1);}_exit(-1);}else if(i==2)//子進(jìn)程3{//完成任務(wù)Cint i=7;for (; i > 0; i--){printf("子進(jìn)程%d工作剩余時間%d\n",getpid(),i);sleep(1);}_exit(-1);}else if(i==N)//父進(jìn)程{//回收子進(jìn)程資源while(1){pid_t pid=waitpid(-1,NULL,WNOHANG);//不阻塞if(pid>0){printf("子進(jìn)程%d退出\n",pid);}else if(pid==0)//還有子進(jìn)程在運(yùn)行{continue;}else if(pid==-1){printf("所有子進(jìn)程已結(jié)束\n");break;}}}return 0;
}   

?

七、 進(jìn)程相關(guān)

1、終端?

????????用戶通過終端登錄系統(tǒng)后得到一個Shell進(jìn)程，這個終端成為Shell進(jìn)程的控制終端（Controlling Terminal），進(jìn)程中，控制終端是保存在PCB中的信息，而 fork會復(fù)制PCB中的信息，因此由Shell進(jìn)程啟動的其它進(jìn)程的控制終端也是這個終端。

2、進(jìn)程組?

????????一個或多個進(jìn)程的集合，也稱之為作業(yè)。當(dāng)父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程的時候，默認(rèn)子進(jìn)程與父進(jìn)程屬于同一進(jìn)程組。當(dāng)bash創(chuàng)建進(jìn)程時，該進(jìn)程自己創(chuàng)建與自己ID相同的進(jìn)程組，不與父進(jìn)程同屬于一個進(jìn)程組。

????????進(jìn)程組ID為第一個進(jìn)程ID(組長進(jìn)程)： 進(jìn)程ID和進(jìn)程組ID相同的進(jìn)程就是 組長進(jìn)程。

????????可以使用kill -SIGKILL -進(jìn)程組ID(負(fù)的)(正的為組長進(jìn)程)來將整個進(jìn)程組內(nèi)的進(jìn)程全部殺死 只要進(jìn)程組中有一個進(jìn)程存在，進(jìn)程組就存在，與組長進(jìn)程是否終止無關(guān)。 進(jìn)程組生存期：進(jìn)程組創(chuàng)建到最后一個進(jìn)程離開(終止或轉(zhuǎn)移到另一個進(jìn)程組)。

#include<unistd.h>

pid_t getpgrp(void);?

功能：獲取當(dāng)前進(jìn)程的進(jìn)程組ID

參數(shù)：無

返回值：總是返回調(diào)用者的進(jìn)程組ID

pid_t getpgid(pid_t pid);

功能：獲取指定進(jìn)程的進(jìn)程組ID

參數(shù)： pid：進(jìn)程號，如果pid = 0，那么該函數(shù)作用和getpgrp一樣

返回值： 成功：進(jìn)程組ID ????????失敗：-1

int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid)

功能： 改變進(jìn)程默認(rèn)所屬的進(jìn)程組。通?？捎脕砑尤胍粋€現(xiàn)有的進(jìn)程組或創(chuàng)建一個新進(jìn)程組。

參數(shù)： 將參1對應(yīng)的進(jìn)程，加入?yún)?對應(yīng)的進(jìn)程組中

返回值： 成功：0 失敗：-1

?3、會話

????????會話是一個或多個進(jìn)程組的集合。 一個會話可以有一個控制終端。 一個會話中的幾個進(jìn)程組可被分為一個前臺進(jìn)程組以及一個或多個后臺進(jìn)程組;如果一個會話有一個控制終端，則它有一個前臺進(jìn)程組，其它進(jìn)程組為后臺進(jìn)程組;如果終端接口檢測到斷開連接，則將掛斷信號發(fā)送至控制進(jìn)程（會話首進(jìn)程）。

????????如果進(jìn)程ID==進(jìn)程組ID==會話ID 那么該進(jìn)程為會話首進(jìn)程。

創(chuàng)建新會話的步驟：

1. 調(diào)用進(jìn)程不能是進(jìn)程組組長，該進(jìn)程變成新會話首進(jìn)程(session header)
2. 該調(diào)用進(jìn)程是組長進(jìn)程，則出錯返回 。
3. 該進(jìn)程成為一個新進(jìn)程組的組長進(jìn)程
4. 需有root權(quán)限(ubuntu不需要)
5. 新會話丟棄原有的控制終端，該會話沒有控制終端
6. 建立新會話時，先調(diào)用fork, 父進(jìn)程終止，子進(jìn)程調(diào)用setsid?

#includ<unistd.h>

pid_t getsid(pid_t pid);

功能：獲取進(jìn)程所屬的會話ID

參數(shù)： pid：進(jìn)程號，pid為0表示查看當(dāng)前進(jìn)程session ID

返回值： 成功：返回調(diào)用進(jìn)程的會話ID 失敗：-1

#include<unistd.h>

pid_t setsid(void);

功能： 創(chuàng)建一個會話，并以自己的ID設(shè)置進(jìn)程組ID，同時也是新會話的ID。調(diào)用了setsid函數(shù)的進(jìn)程，既是新 的會長，也是新的組長。

參數(shù)：無

返回值： 成功：返回調(diào)用進(jìn)程的會話ID 失敗：-1 ?

?4、創(chuàng)建守護(hù)進(jìn)程

1. 創(chuàng)建子進(jìn)程，父進(jìn)程退出(必須) 所有工作在子進(jìn)程中進(jìn)行形式上脫離了控制終端
2. 在子進(jìn)程中創(chuàng)建新會話(必須) setsid()函數(shù) 使子進(jìn)程完全獨(dú)立出來，脫離控制。
3. 改變當(dāng)前目錄為根目錄(不是必須) chdir()函數(shù) 防止占用可卸載的文件系統(tǒng) 也可以換成其它路徑?
4. 重設(shè)文件權(quán)限掩碼(不是必須) umask()函數(shù) 防止繼承的文件創(chuàng)建屏蔽字拒絕某些權(quán)限，增 加守護(hù)進(jìn)程靈活性。
5. 關(guān)閉文件描述符(不是必須) 繼承的打開文件不會用到，浪費(fèi)系統(tǒng)資源，無法卸載
6. 開始執(zhí)行守護(hù)進(jìn)程核心工作(必須) 守護(hù)進(jìn)程退出處理程序模型?

八、 vfork創(chuàng)建子進(jìn)程

1、vfork函數(shù)說明?

?????????vfork函數(shù)：創(chuàng)建一個新進(jìn)程

pid_t vfork(void)；

功能： vfork函數(shù)和fork函數(shù)一樣都是在已有的進(jìn)程中創(chuàng)建一個新的進(jìn)程，但它們創(chuàng)建的子進(jìn)程是有區(qū)別的。

返回值: 創(chuàng)建子進(jìn)程成功，則在子進(jìn)程中返回0,父進(jìn)程中返回子進(jìn)程ID。出錯則返回-1。?

2、vfork函數(shù)和fork函數(shù)的區(qū)別?

?????????區(qū)別1：vfork創(chuàng)建的子進(jìn)程 會保證子進(jìn)程先運(yùn)行，只有當(dāng)子進(jìn)程退出（調(diào)用 exec）的時候，父進(jìn)程才運(yùn)行。

?區(qū)別2：vfork創(chuàng)建的子進(jìn)程 和父進(jìn)程 共用一個空間。

九、exec函數(shù)族

????????exec函數(shù)族功能：在進(jìn)程中 啟動另一個進(jìn)程。?

#include<unistd.h>

• int execl(const char *path, const char *arg, .../* (char *) NULL */);
• int execlp(const char *file,cconst char *arg, ... /* (char *) NULL */);
• int execle(const char *path, const char *arg, .../*, (char *) NULL, char * const envp[] */);
• int execv(const char *path, char *const argv[]);
• int execvp(const char *file, char *const argv[]);
• int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);
• int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]); ?

?????????函數(shù)中有l(list)表明使用列表方式傳參，函數(shù)中有v(vector)表明使用指針數(shù)組傳參。 函數(shù)中有p（path）表明 到系統(tǒng)環(huán)境中 找可執(zhí)行性文件 函數(shù)中有e(evn) 表明exec可以使用環(huán)境變量值

案例1：在代碼中使用execl執(zhí)行l(wèi)s命令

查看ls命令的路徑：?

?

一個進(jìn)程調(diào)用exec后不會返回，exec函數(shù)族取代調(diào)用進(jìn)程的數(shù)據(jù)段、代碼段和堆棧段。除了進(jìn)程ID，進(jìn)程還保留了下列特征不變： 父進(jìn)程號 進(jìn) 程組號 控制終端 根目錄 當(dāng)前工作目錄 進(jìn)程信號屏蔽集 未處理信號 ...?

案例2：在代碼中使用execlp執(zhí)行l(wèi)s命令?

案例3：在代碼中使用execvp執(zhí)行l(wèi)s命令?

?案例4：vfork和exec配合使用,會為子進(jìn)程開辟新的空間