进程控制
基础概念
1.进程
进程是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动
进程是一个程序正在执行的实例。每个这样的实例都有自己的地址空间和执行状态
2.进程的地址空间
分配给每个进程的内存(memory)由一系列段(segments)组成： text segment（代码段）包含机器语言指令。通常是只读的、共享的。
initialized data segment（初始化数据段） 包含初始化的全局变量和静态(static)变量。
uninitialized data segment (bss segment)（未初始化数据段） 包含未初始化的全局变量和静态变量。程序运行之前，系统会把这些变量初始化为0。
heap（堆） 程序运行时，为变量动态分配内存。
stack（堆栈）包含堆栈帧(stack frames)。一个堆栈帧被分配给当前的被调函数(called function)。一帧保存的内容有：局部变量、参数(arguments)、返回值。
3.进程的执行状态
执行状态 进程正在占用CPU。
就绪状态 进程已具备一切条件，等待分配CPU。
等待状态 进程不能使用CPU，若等待的事件发生则可将其唤醒。
4.进程ID
每个进程都有一个ID(ID是一个正整数)，唯一标识了系统中的这个进程。
每个进程都有一个创建它的进程，叫父进程(Parent Process)
进程ID(PID)：标识进程的唯一数字
父进程ID(PPID)
启动进程的用户ID(UID)
5.进程的生命周期
创建 每个进程都由其父进程创建。父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，进程之间可以进行通信。
终止 结束一个进程的运行。
6.进程特点
动态性、并发性、独立性、异步性
7.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，任何时候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。
8.临届资源 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。
9.临届区
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，应保证诸进程互斥的进入各自的临界区。
10.进程同步
一组并发进程按一定的顺序执行的过程称为进程间的同步。具有同步关系的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。
11.进程调度
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
12.进程死锁
多个进程因竞争资源而形成一种僵局，若无外力作用，这些进程都将永远不能再向前推进。
进程控制编程
1.获取ID
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
获取本进程ID
pid_t getpid(void)
获取父进程ID
pid_t getppid(void)
例子:#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{ printf (“PID = %d\n”, getpid());
printf (“PPID = %d\n”, getppid());
return 0;}
2.进程创建fork
#include <unistd.h>
pid_t fork(void)
功能：创建子进程
fork的奇妙之处在于它被调用一次，却返回两次，它可能有三种不同的返回值：
1)在父进程中，fork返回新创建的子进程的PID;
2)在子进程中，fork返回0；
3)如果出现错误，fork返回一个负值
3.关于fork的几点说明
当fork()顺利完成任务时，就会存在两个进程，每个进程都从fork()返回处开始继续执行。
两个进程执行相同的代码(text)段，但是有各自的堆栈(stack)段、数据(data)段以及堆(heap)。
子进程的stack、data、heap segments是从父进程拷贝过来的。
fork()之后，哪一个进程先执行(scheduled to use the CPU)不确定。
fork()之后，不能确定哪个进程先执行，会有什么隐患吗？
产生原因： fork()之后，不能确定是父进程还是子进程获得CPU。
危害：这种bugs很难被发现。
措施： 如果需要确保特定的执行顺序，需要采用某种同步(synchronization)技术(semaphores,file locks…)。
例子
4.进程的终止
通常由8种方式使进程终止(terminate)
5种正常终止： 从main函数返回 调用exit 调用_exit或_Exit 最后一个线程从其启动例程(start routine)返回最后一个线程调用pthread_exit
3种异常终止： 调用abort 接到一个信号并终止最后一个线程对取消请求做出响应
不管进程如何终止，最后都会执行内核中的同一段代码：用于关闭所有打开的文件描述符，释放内存等。
5.exit()
下面两个函数都用于正常终止一个进程：_exit立即进入内核，exit先执行一些清理处理(调用各终止处理程序、关闭所有标准I/O流等)，然后进入内核。
#include <stdlib.h>
void exit(int status);
#include <unistd.h>
void _exit(int status);
这两个函数都有一个整型参数，称之为终止状态(exit status)。
6.exec函数族
exec用被执行的程序替换调用它的程序
区别：
fork 创建一个新的进程，产生一个新的PID
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。
7.Execl
#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。
8.Execlp#include <unistd.h>
int execlp(const char * path, const char* arg1,…)
参数：
path : 被执行程序名（不含路径，将从path环境变量中查找该程序）。
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。
9.execv#include <unistd.h>
int execv(const char * path, const char* 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。
10.System
#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
11.进程等待
父进程创建子进程后，如何知道子进程什么时候终止？如何知道子进程怎么终止(正常or异常)？
措施 wait()或waitpid()
12.wait与waitpid
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
返回值：若成功返回进程ID，若出错返回-1。
调用wait或waitpid的进程可能发生的情况有： 如果所有子进程都还在运行，则阻塞(Block)。 如果一个子进程已终止，正等待父进程获取其终止状态，则取得该子进程的终止状态立即返回。 如果它没有任何子进程，则立即出错返回。 在一个子进程终止前，wait使其调用者阻塞，而waitpid有一个选项，可使调用者不阻塞。
waitpid并不等待在其调用之后的第一个终止的子进程。它有若干个选项，可以控制它所等待的进程。
如果一个子进程已经终止，并且是一个僵死进程，wait立即返回并取得该子进程的状态，否则wait使其调用者阻塞直到一个子进程终止。如果调用者阻塞并且它有多个子进程，则在其一个子进程终止时，wait就立即返回。因为wait返回终止子进程的ID，所以总能了解到是哪一个子进程终止了。
注：僵死进程(zombie)，一个已经终止、但是其父进程尚未对其进行善后处理(获得终止子进程的有关信息，释放它仍占用的资)的进程被称为僵死进程。
终止状态 ：有4个互斥的宏可以用来获取进程终止的原因：
WIFEXITED(status)若子进程正常终止，该宏返回true。 此时，可以通过WEXITSTATUS(status)获取子进程的退出状态(exit status)。
WIFSIGNALED(status)若子进程由信号杀死，该宏返回true。此时，可以通过WTERMSIG(status)获取使子进程终止的信号值。
WIFSTOPPED(status)若子进程被信号暂停(stopped)，该宏返回true。 此时，可以通过WSTOPSIG(status)获取使子进程暂停的信号值。
WIFCONTINUED(status) 若子进程通过SIGCONT恢复，该宏返回true。
