第26天进程（一）

目录

进程概念

查看进程

进程的特点（理解）

进程的资源分配（理解）

进程的状态（记住）

进程管理--PID

进程间关系（重点）

函数名：getpid()

函数名：getppid()

创建进程

函数名：fork() 

 函数名：vfork()

结束进程

函数名：_exit()

函数名：exit()

特殊进程

等待进程

函数名：wait()

函数名：waitpid()

进程概念

运行状态下的（硬盘中存储）程序（静态）----（内存中运行）进程（动态）

查看进程

Windows 任务管理器

2.2.2 Linux 终端指令

top #动态监控
ps -ef #显示系统中所有进程的详细信息

进程的特点（理解）

动态性：进程的实质是一次程序运行的过程，进程是动态产生、动态消亡的。

并发性：任何进程都可以和其他进程一起并发执行

独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的基本单位

异步性：进程的执行具有间断性，多个进程间按照各自独立的不可预知的速度向下运行

进程的资源分配（理解）

系统会给每个进程开辟 4G 的虚拟内存( =3G 用户内存+1G 的内核内存）

----当物理内存中的数据需要参与时，便加载到4G的虚拟内存中

  • 操作系统在为进程分配内存空间时，将其划分为堆、栈、数据段、未初始化数据段和文本段这五大区域。以达到基于内存管理和程序运行时数据组织有效划分的目的。

堆：手动开辟

栈：局部变量

数据段：全局变量和静态变量

                未初始化数据段：默认值为 0

                初始化数据段：会初始化设置的初始值

文本段：常量和代码

进程的状态（记住）

执行态：进程正在占用 CPU（CPU 正在执行该进程）

就绪态：进程已经满足本 CPU 分配时间片的条件（可以被 CPU 执行），在等待 CPU 给他分配时间片

等待态：进程没有满足被 CPU 分配时间片的条件，需要等到条件满足 CPU 才会给它分配时间片

进程管理--PID

一般情况下都是通过进程的 PID 号来操作进程

进程间关系（重点）

父子关系：进程 2 是由进程 1 创建的，那么进程 1 就是进程 2 的父进程，进程 2 就是进程 1 的子进程。 进程间有且只有父子关系

函数名：getpid()

头文件：

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

函数原型：pid_t getpid(void);

函数功能：获取进程 pid

函数参数：无

函数返回值：返回 PID 号

函数使用：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(){
    pid_t pid = getpid();
    printf("pid=%d\n",pid);
    sleep(10);//拉长时间，验证
    return 0;
}

 查找进程，验证。可以使用

ps -ef | grep "./a.out"

函数名：getppid()

头文件：

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

函数原型：pid_t getppid(void);

函数功能：获取父进程 pid

函数参数：无

函数返回值：获取的 PPID

函数使用：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(){
    pid_t ppid = getppid();
    printf("ppid=%d\n",ppid);
    sleep(10);//拉长时间，验证
    return 0;
}

创建进程

方法一：直接运行可执行程序

方法二：在程序中去调用进程创建函数去创建进程--fork、vfork。

函数名：fork() 

子进程复制父进程资源，然后和父进程从同一位置向下运行，执行的先后关系不确定

头文件：

#include<sys/types.h>

#include<unistd.h>

函数原型：pid_t fork(void);

函数功能：创建子进程

函数参数：无

函数返回值：-1 代表子进程创建失败，0 代表子进程，大于 0 代表父进程

函数使用：

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main(){
    pid_t pid =0;
    pid= fork();
    if(pid<0){
        perror("fork");
        return 0;
    }
    else if(pid==0){
        printf("pid=%d\n",getpid());
        printf("ppid=%d\n",getppid());
    }else{

        printf("this pid=%d\n",getpid());
    }
    return 0;
}

 函数名：vfork()

子进程占用父进程资源，然后子进程先使用资源执行，子进程结束后，父进程才能使用资源

头文件：

#include<sys/types.h>

#include<unistd.h>

函数原型：pid_t vfork(void);

函数功能：创建子进程，返回子进程 PID

函数参数：无

函数返回值：父进程返回子进程 PID 子进程返回 0

函数使用：

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

int main(){
    pid_t pid;  // 定义进程 ID 变量

    pid = vfork();  // 创建子进程，并获取子进程的进程 ID

    if(pid<0){  // 如果创建子进程失败
        perror("vfork");  // 打印错误信息
        return 1;  // 程序返回 1 并结束
    }else if(pid==0){  // 如果是子进程
        printf("pid=%d ",pid);  // 打印子进程的进程 ID
        printf("子进程先执行\n");  // 输出提示信息
        sleep(2);  // 子进程暂停 2 秒
        _exit(0);  // 子进程退出
    }else{  // 如果是父进程
        printf("pid=%d ",pid);  // 打印子进程的进程 ID
        printf("父进程等待子进程结束\n");  // 输出提示信息
        sleep(4);  // 父进程暂停 4 秒
    }
    return 0;  // 程序正常结束返回 0
}

当 vfork 被调用时，确实创建了一个新的子进程。在父进程中，pid 存储了新创建子进程的进程 ID（非 0 值），然后执行父进程中对应的代码块（第三个代码块）。

而在新创建的子进程中，pid 的值为 0 ，子进程执行第二个代码块。

需要注意的是，vfork 会让子进程先运行，并且子进程要尽快使用 exec 系列函数或 _exit 函数，，因为子进程和父进程共享地址空间。

结束进程

方法一：外部信号

在终端 ctrl+c 可以结束进程

在终端输入：kill -9 PID 可以结束进程

方法二：内部程序

1. main()中调用 return

2. 进程退出函数---exit()、_exit()

函数名：_exit()

头文件：#include<unistd.h>

函数原型：void _exit(int status);

函数功能：退出进程，不清空缓冲区

函数参数：获取进程退出时的状态 一般填 0

函数返回值：无

函数使用：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

void write_to_buffer() {
    printf("This is written to the buffer.");
}
int main() {
    write_to_buffer();
    _exit(0);
    return 0;
}

函数名：exit()

头文件：#include

函数原型：void exit(int status);

函数功能：退出进程，清空缓冲区

函数参数：获取进程退出时的状态 一般填 0

函数返回值：无

函数使用：

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
void _EXIT_();
int main(){
    pid_t pid =0;
    pid= fork();
    if(pid<0){
        perror("fork");
        return 0;
    }
    else if(pid==0){
         sleep(3);
        printf("B");
       _EXIT_();
       printf("5678\n");
        
    }else{
         sleep(8);
        printf("A");
        exit(0);
    }
    return 0;
}
void _EXIT_(){
    exit(0);
    //return ;//5678
    printf("1234\n");
}

特殊进程

 0 号进程：操作系统启动的引导程序 祖先进程

1 号进程：操作系统启动的第一个程序

  • 孤儿进程： 父进程死了，子进程还在运行。孤儿进程会被系统中设置好的一个进程收养，并且等孤儿进程 死了之后给它收尸
  • 僵尸进程： 子进程死了，父进程没有给自己成收尸。这个时候子进程就会变成一个僵尸进程，僵尸进程所 占用的资源基本上会被完全释放，除了它所占用的进程号。父进程在退出之前，一定会给所有的僵尸进程收 尸。但是有些工程中的父进程需要长时间不停机运行，会导致僵尸进程的资源无法得到及时的回收处理。所以 咱们在编写代码的过程中，一定要尽量避免僵尸进程的产生。 可以通过在父进程中调用，下面的进程的等待函数来避免僵尸进程的产生。

等待进程

函数名：wait()

头文件：

#include<sys/types.h> 

#include<sys/wait.h>

函数原型：pid_t wait(int *wstatus);

函数功能：阻塞等待任意子进程结束

函数参数：进程结束状态 一般填 NULL

函数返回值：返回结束的子进程 pid

函数使用：

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

int main() {
    pid_t pid;
    pid = fork();  // 创建子进程
    if (pid < 0) {  // 子进程创建失败
        perror("Fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {  // 子进程
        printf("I'm the child process!\n");
        sleep(3);  // 子进程暂停 3 秒
        _exit(0);  // 子进程退出
    } else {  // 父进程
        int status;
        pid_t child_pid = wait(&status);  // 父进程等待子进程结束
        if (child_pid == -1) {  // 等待失败
            perror("Wait failed");
            return 1;
        }
        printf("Child process %d exited. Status: %d\n", child_pid, status);
    }
    return 0;
}

这时候，我有一个问题：fork+wait=vfork？

答案：不对，fork + wait 并不等同于 vfork 。

fork 会创建一个新进程，子进程拥有父进程的完整副本，包括数据空间、堆、栈等。父进程和子进程可以并发执行。

vfork 创建的子进程会直接使用父进程的地址空间，并且子进程必须尽快调用 exec 系列函数或者 _exit 函数来替换当前进程的地址空间或者退出，否则可能会导致错误。

wait 函数用于父进程等待子进程结束并获取子进程的状态。

vfork 虽然也是创建子进程，但它与 fork 的行为有很大的不同，不能简单地认为 fork 加上 wait 就等于 vfork 。

函数名：waitpid()

头文件：

#include<sys/types.h> 

#include<sys/wait.h>

函数原型：pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);

函数功能：等待子进程结束

函数参数：

  • pid：

    • 负数：表示等待进程组 ID 等于该负数绝对值的任意子进程。
    • 0：等待当前进程组中的任意子进程。
    • 正数：等待指定进程 ID 的子进程。

  • wstatus：这是一个整数指针，用于接收子进程的退出状态信息。通过对这个状态值的解析，可以获取子进程退出的原因、是否正常退出等详细信息。通常，如果您不关心具体的状态细节，可以将其设置为 NULL。

  • options：这是一个位掩码，用于控制 waitpid 的行为。

    • WNOHANG：表示非阻塞等待。如果没有子进程结束，函数会立即返回 0 ，而不会阻塞。
    • 0：表示阻塞等待，直到指定的子进程结束。

函数返回值：

  • 如果成功等待到指定子进程结束，返回结束子进程的进程 ID 。
  • 如果设置了 WNOHANG 选项且没有子进程结束，返回 0 。
  • 如果出现错误，返回 -1 ，同时会设置 errno 来指示错误类型。

函数使用：

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

int main() {
    pid_t pid;
    pid = fork();  // 创建子进程
    if (pid < 0) {  // 子进程创建失败
        perror("Fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {  // 子进程
        printf("I'm the child process!\n");
        sleep(3);  // 子进程暂停 3 秒
        _exit(0);  // 子进程退出
    } else {  // 父进程
        int status;

        // 阻塞等待指定子进程结束
        pid_t result = waitpid(pid, &status, 0);  
        if (result == -1) {
            perror("Waitpid failed");
            return 1;
        }
        printf("Child process %d exited. Status: %d\n", pid, status);

        // 非阻塞等待当前进程组中的任意子进程结束
        result = waitpid(-1, &status, WNOHANG);  
        if (result > 0) {
            printf("Another child process exited. PID: %d, Status: %d\n", result, status);
        } else if (result == 0) {
            printf("No child process exited yet.\n");
        } else {
            perror("Waitpid (WNOHANG) failed");
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}

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