Linux多进程开发1 - 进程概述

一、并行和并发

并行 & 并发：有一个例子可以清晰地解释这二位的区别。如果将处理器(CPU)比作咖啡机，指令比作排队买咖啡的客人，则：

并发是两个队列交替使用同一台咖啡机；并行是两个队列同时使用两台咖啡机

二、进程控制块PCB

虚拟地址空间会通过CPU中的MMU（Memory Management Unit——内存管理单元），把虚拟地址空间中的数据映射到物理内存当中去。

在Linux内核中存在一个名为 PCB(Process Control Block——进程控制块)的东西，为了管理进程，操作系统必须对每个进程所做的事情进行清楚的描述，所以为每个进程分配一个PCB。一个PCB中的内容非常多，但只需要掌握以下几个：

进程id:系统中每个进程有唯一的 id，用pid_t类型表示，其实就是一个非负整数
进程的状态:有就绪、运行、挂起、停止等状态
进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器
描述虚拟地址空间的信息
描述控制终端的信息
当前工作目录(Current Working Directory)
umask 掩码
文件描述符表，包含很多指向文件结构体的指针
和信号相关的信息
用户 id 和组 id
会话(session)和进程组
进程可以使用的资源上限(Resource Limit)

许多文件描述符以数组的形式形成了一个集合，即文件描述符表。一个文件描述符表中最多可以存放1024个文件描述符，文件描述符的作用就是定位磁盘上的某一个文件。

上图展示了一个完整的文件描述符表当中的内容，前3个是默认打开的文件描述符，它们都对应于了一个文件，即当前的终端（在Linux系统中有一句话“一切皆文件”，所以将终端也抽象为一个文件，而我们的显示器、网卡也都可以被抽象为文件）。

三、进程的状态

进程状态反映进程执行过程的变化，这些状态随着进程的执行和外界条件的变化而转换。在三态模型中，进程状态分为三个基本状态，即就绪态，运行态，阻塞态。在五态型中，进程分为新建态、就绪态，运行态，阻塞态，终止态。

运行态：进程占有处理器正在运行；
就绪态：进程具备运行条件，等待系统分配处理器以便运行。当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行。在一个系统中处于就绪状态的进程可能有多个，通常将它们排成一个队列，称为就绪队列；
阻塞态：又称为等待(wait)态或睡眠(sleep)态，指进程不具备运行条件，正在等待某个事件的完成
如何杀死进程呢？

首先使用指令 ps aux 来查看现阶段的全部进程

a：显示终端上的所有进程，包括其他用户的进程
u：显示进程的详细信息
x：显示没有控制终端的进程

kill 和 kill -9 这两个命令在Linux中都有杀死进程的效果，然而两命令的执行过程却大有不同，在程序中如果用错了，可能会造成莫名其妙的现象（*以下内容出自Kill区别)。

kill（不加 -* 默认kill -15）命令

系统会发送一个SIGTERM信号给对应的程序。当程序接收到该signal信号后，将会发生以下事情：

程序立刻停止
当程序释放相应资源后再停止
程序可能仍然继续运行

大部分程序接收到SIGTERM信号后，会先释放自己的资源，然后再停止。但是也有程序可能接收信号后，做一些其他的事情（如果程序正在等待IO，可能就不会立马做出响应），也就是说，SIGTERM有可能是会被阻塞的。

kill -9命令

系统给对应程序发送的信号是SIGKILL，即exit。exit信号不会被系统阻塞，所以kill -9能顺利杀掉进程。

总结：

在使用 kill -9 前，应该先使用 kill 指令，给目标进程一个清理善后工作的机会。如果没有，可能会留下一些不完整的文件或状态，从而影响服务的再次启动。

四、创建子进程

pid_t fork(void); 函数的作用：用于创建子进程。

fork函数的返回值：

fork()的返回值会返回两次，一次是在父进程中，一次是在子进程中。

在父进程中返回创建的 子进程的ID

在子进程中返回 0

如何区分父进程和子进程：通过fork的返回值。

在父进程中返回-1，表示创建子进程失败，并且设置errno

父子进程之间的关系：

区别：

1.fork()函数的返回值不同

父进程中: >0 返回的子进程的ID

子进程中: =0

2.PCB中的一些数据

当前的进程的id pid不同

当前的进程的父进程的id ppid不同

信号集不同

共同点：

某些状态下：子进程刚被创建出来，还没有执行任何的写数据的操作

- 用户区的数据

- 文件描述符表

父子进程对变量是不是共享的？

实际上，更准确来说，Linux 的 fork() 使用是通过写时拷贝 (copy- on-write) 实现。写时拷贝是一种可以推迟甚至避免拷贝数据的技术。内核此时并不复制整个进程的地址空间，而是让父子进程共享同一个地址空间。只用在需要写入的时候才会复制地址空间，从而使各个进行拥有各自的地址空间。也就是说，资源的复制是在需要写入的时候才会进行，在此之前，只有以只读方式共享。

注意：fork之后父子进程共享文件，fork产生的子进程与父进程相同的文件文件描述符指向相同的文件表，引用计数增加，共享文件偏移指针。

父进程创建子进程代码如下，也可以从运行结果中看到CPU对于不同进程的分片操作。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {

    int num = 10;

    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();

    // 判断是父进程还是子进程
    if(pid > 0) {
        printf("pid : %d\n", pid);
        // 如果大于0，返回的是创建的子进程的进程号，当前是父进程
        printf("i am parent process, pid : %d, ppid : %d\n", getpid(), getppid());

        printf("parent num : %d\n", num);
        num += 10;
        printf("parent num += 10 : %d\n", num);


    } else if(pid == 0) {
        // 当前是子进程
        printf("i am child process, pid : %d, ppid : %d\n", getpid(),getppid());
       
        printf("child num : %d\n", num);
        num += 100;
        printf("child num += 100 : %d\n", num);
    }

    // for循环
    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("i : %d , pid : %d\n", i , getpid());
        sleep(1);
    }

    return 0;
}