进程控制编程

进程的定义
进程是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动，同时也是资源分配的最小单元；

进程与程序
程序是放到磁盘的可执行文件
进程是指程序执行的实例
进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。通常进程不可在计算机之间迁移；而程序通常对应着文件、静态和可以复制
进程是暂时的，程序使长久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存
进程与程序组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）
进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。

进程的生命周期
创建:每个进程都是由其父进程创建，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，进程间可以通信
撤销:进程可以被撤销，从而结束一个进程的运行

进程的状态
执行状态：进程正在占用CPU
就绪状态：进程已具备一切条件，正在等待分配CPU的处理时间片
等待状态：进程不能使用CPU，若等待事件发生则可将其唤醒

Linux进程
Linux系统是一个多进程的系统，它的进程之间具有并行性、互不干扰等特点。
也就是说，每个进程都是一个独立的运行单位，拥有各自的权利和责任。其中，各个进程都运行在独立的虚拟地址空间，因此，即使一个进程发生异常，它也不会影响到系统中的其他进程。

Linux下进程地址空间
Linux中的进程包含3个段，分别为“数据段”、“代码段”和“堆栈段”。
“数据段”存放的是全局变量、常数以及动态数据分配的数据空间；
“代码段”存放的是程序代码的数据。
“堆栈段”存放的是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量等。

进程ID
进程ID（PID)：标识进程的唯一数字
父进程的ID（PPID)
启动进程的用户ID（UID）

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，任何时刻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

临界资源
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

临界区
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，应保证诸进程互斥地进入各自的临界区

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

进程调度
概念：
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

调度算法
先来先服务调度算法
短进程优先调度算法
高优先级优先调度算法
时间片轮转法

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

获取ID
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void)     获取本进程ID。
pid_t getppid(void)        获取父进程ID

例：getpid.c (演示)

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
   printf( "PID = %d
", getpid() );
   printf( “PPID = %d
”, getppid() )；
   return 0;
}

进程创建
#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：
返回值：
0：  子进程
子进程ID（大于0）：父进程
-1： 出错

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
 {
  pid_t pid;
  /*此时仅有一个进程*/
  pid=fork();
  /*此时已经有两个进程在同时运行*/
  if(pid<0)
   printf("error in fork!");
  else if(pid==0)
   printf("I am the child process, ID is %d
",getpid());
  else
   printf("I am the parent process,ID is %d
",getpid());
}

进程创建
在pid=fork()之前，只有一个进程在执行，但在这条语句执行之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的共享代码段，将要执行的下一条语句都是if(pid==0).
两个进程中，原来就存在的那个进程被称作“父进程”，新出现的那个进程被称作“子进程”，父子进程的区别在于进程标识符（PID）不同.

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
       pid_t pid;
     int count=0;
        pid = fork();
     count++;
     printf( “count = %d
", count );
     return 0；
}

输出：
   count = 1
   count = 1
  
子进程的数据空间、堆栈空间都会从父进程得到一个拷贝，而不是共享。
在子进程中对count进行加1的操作，并没有影响到父进程中的count值，父进程中的count值仍然为0

进程创建-vfork
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t vfork(void)
功能：创建子进程

vfork（建立一个新的进程）
表头文件： #include<unistd.h>定义函数： pid_t vfork(void);函数说明：
vfork()会产生一个新的子进程，其子进程会复制父进程的数据与堆栈空间，并继承父进程的用户代码，组代码，环境变量、已打开的文件代码、工作目录和资源限制等。
子进程不会继承父进程的文件锁定和未处理的信号。
注意，Linux不保证子进程会比父进程先执行或晚执行，因此编写程序时要留意死锁或竞争条件的发生。

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
    pid_t pid;
    int count=0;
    pid = vfork();
    count++;  
    printf( “count = %d
", count ); 
    return 0；
}

区别：
1.fork:子进程拷贝父进程的数据段
  vfork:子进程与父进程共享数据段
2.fork:父、子进程的执行次序不确定
  vfork:子进程先运行，父进程后运行

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
#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。
例：execl.c （演示）

  #include<unistd.h>
  int main()
 {
 　　execl(“/bin/ls”,”ls”, “-al”,”/etc/passwd”,NULL);
 }

#include<unistd.h>
int execv (const char * path, char * const 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。
例：execv.c （演示）

#include <unistd.h>
int main()
{
   char * argv[ ]={“ls”,”-l”,”/etc/passwd”,(char*)0}; execv(“/bin/ls”,argv);
}

#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
例：system.c （演示）

＃include <stdlib.h>
int main()
{
  system(“ls -al /etc/passwd”);
}

进程等待
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait (int * status)
功能：阻塞该进程，直到其某个子进程退出。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{   pid_t pc,pr;
     pc = fork();
     if(pc == 0){
      printf(“This is child process with pid of %d
”,getpid());
      sleep(10); /* 睡眠10秒钟 */
      }
      else if(pc > 0){
       pr=wait(NULL); /* 等待 */
       printf("I catched a child process with pid of %d
"),pr);
       }
       exit(0);
}

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid (pid_t pid, int * status, int options)
功能：
会暂时停止目前进程的执行，直到有信号来到或子进程结束
参数：如果不在意结束状态值，则参数status可以设成NULL。
参数pid为欲等待的子进程识别码:pid<-1 等待进程组识别码为pid绝对值的任何子进程。pid=-1 等待任何子进程，相当于wait()。pid=0 等待进程组识别码与目前进程相同的任何子进程。pid>0 等待任何子进程识别码为pid的子进程。
参数option可以为0 或下面的OR 组合WNOHANG：如果没有任何已经结束的子进程则马上返回，不予以等待。WUNTRACED ：如果子进程进入暂停执行情况则马上返回，但结束状态不予以理会。返回值：
如果执行成功则返回子进程识别码(PID)，如果有错误发生则返回-1。失败原因存于errno中。

进程退出
exit，_exit用于终止进程
区别：
_exit: 直接使进程停止，清除其使用的内存，并清除缓冲区中内容
exit与 _exit的区别：在停止进程之前，要检查文件的打开情况，并把文件缓冲区中的内容写回文件才停止进程。

僵尸进程
僵尸进程指的是那些虽然已经终止的进程，但仍然保留一些信息，等待其父进程为其收尸。
如何产生？
如果一个进程在其终止的时候，自己就回收所有分配给它的资源，系统就不会产生所谓的僵尸进程了

僵尸进程产生的过程：
1. 父进程调用fork创建子进程后，子进程运行直至其终止，它立即从内存中移除，但进程描述符仍然保留在内存中（进程描述符占有极少的内存空间）。
2. 子进程的状态变成EXIT_ZOMBIE，并且向父进程发送SIGCHLD 信号，父进程此时应该调用 wait() 系统调用来获取子进程的退出状态以及其它的信息。在 wait 调用之后，僵尸进程就完全从内存中移除。
3. 因此一个僵尸存在于其终止到父进程调用 wait 等函数这个时间的间隙，一般很快就消失，但如果编程不合理，父进程从不调用 wait 等系统调用来收集僵尸进程，那么这些进程会一直存在内存中。

exit（正常结束进程）
表头文件： #include<stdlib.h>定义函数： void exit(int status);函数说明：
exit()用来正常终结目前进程的执行，并把参数status返回给父进程，而进程所有的缓冲区数据会自动写回并关闭未关闭的文件。

_exit（结束进程执行）
表头文件： #include<unistd.h>
定义函数： void _exit(int status);
函数说明
 _exit()用来立刻结束目前进程的执行，并把参数status返回给父进程，并关闭未关闭的文件。
 此函数调用后不会返回，并且会传递SIGCHLD信号给父进程，父进程可以由wait