Linux进程学习

进程与进程管理：

清屏：system("clear");　　//#include <signal.h>

进程环境与进程属性：

什么是进程：简单的说，进程就是程序的一次执行过程。

进程的状态：进程基本三态：运行态、就绪态、封锁态(等待态)——状态可在一定的条件下变化。（其中处于等待的进程分为：可中断进程可以被信号中断其等待；不可中断进程在任何情况下都不可被中断，一直等待条件的满足）。僵死进程：子进程先于父进程退出；从子进程终止到父进程调用wait()之前的时间段内，子进程被称为僵死进程zombie（因为只有父进程能回收，却没有回收其资源，所以父进程一定要wait，不然子进程就真的僵死了）/ 孤儿进程：父进程先于子进程退出，子进程被称为孤儿进程（由进程0/init进程来回收其资源）

进程的执行模式与类型：执行模式分为用户模式—中断/系统调用—>内核模式。进程类型分为用户进程—中断/系统调用—>系统进程。

进程的属性：查看进程的属性：非实时ps aux/auxf、实时top。每一列的含义（有空再看）。

会话(进程组的集合)：一个会话可以没有控制终端，也可以与一个终端建立连接，建立连接的会话首进程称为控制进程；一个会话中的几个进程组，可分为一个前台进程组（当会话带有一个终端时，才有前台进程组）和多个后台进程组。其特点：无论何时在终端输入中断信号（ctrl+c）或程序退出信号（ctrl+z），就会有中断信号或退出信号发送给前台进程组的所有进程；进程组中，只要有一个进程存在，该进程组就存在。

通过进程的PID获取/设置进程组号（PGID）：getpgid(pid) / int setpgid(pid, pgid)。

获取进程的会话号:pid_t getsid(sid)，返回会话号；创建新的会话（而不是修改）：pid_t setsid()返回进程号，该进程作为会话首进程。

终端控制函数（返回或操作对象是前台进程组号）：pid_t tcgetpgrp(文件描述符)、pid_t tcsetpgrp(文件描述符，pid_t pgrpid)、pid_t tcgetsid(文件描述符)。文件描述符是终端的文件，即通过终端的文件描述符来获得/设置终端的前台进程组号（如果是设置，那么这个新的前台进程组也应该要是同一会话中的进程组），以及获得终端对应的会话ID。

获得进程用户属性：

真实用户号(RUID)，即创建进程的用户ID：uid_t getuid()。

有效用户号(EUID)，一些情况与UID相同：uid_t geteuid()。——>setuid?。

进程用户号(GID)，即创建进程的用户所在组号GID：uid_t getgid()。

有效进程用户组号(EGID)，一些情况与GID相同：uid_t getegid()。——>setgid?。

进程的管理：

创建进程：

pid_t fork();执行成功后，如果父进程抢到了执行权，则返回子进程的PID，如果子进程抢到了执行权，则返回0，否则执行失败，返回-1；这个函数是系统调用，对父进程复制，所以子进程几乎与父进程一样，代码相同，对文件采用共享方式，但是数据和文件描述符采用独占方式。

vfork()函数与父进程共享数据空间，这种方式执行效率较高，执行顺序是子先父后。

退出进程：

设置进程即将退出之前，要调用的函数：on_exit(test_exit, (void *)str);该函数有两个参数，第一个是：进程结束前，调用的test_exit函数，如void test_exit(int status, void *arg){...}，test_exit函数的第一个参数必须是进程结束时exit(status)的status；第二个（应该不止示例中的参数）的参数就是：传递给test_exit函数的arg，的str。

进程的正常结束void exit(int status)：进程的缓冲区数据自动写回、关闭未关闭的文件。#include <stdlib.h>

void _exit(int status)：进程的缓冲区数据不会自动写回、不会自动关闭文件。#include <unistd.h>

等待进程（等待子进程中断或结束）：pid_t wait(int *status);停止当前进程的执行，直到有信号到来或者其子进程结束。如果子进程已结束，执行wait时会立即返回子进程id和结束状态（保存在参数status中）。status也可以不写，还有一些测试宏（使用需要#include <stdlib.h>，具体有哪些暂时就不管了，考试考到了一看就知道）。有错误（没有子进程）则返回-1。一发现终止的子进程，就根据其pid释放子进程占用的task_struct和系统空间堆栈（就是资源），然后把该子进程的CPU使用时间加到其父进程上。

替换当前进程：#include <unistd.h>

默认情况下，新的代码（替换后的代码）仍可以使用，原来的文件描述符（因为并没有关闭），但是可以用fcntl(fd，SETFD，CLOEXE)，设置为在执行完exec系列函数后，自动关闭原来打开的文件描述符。多数的exec函数，最后一个参数都是NULL，除了。而且对于所有的exec，若成功替换执行，则此函数不返回，否则返回-1。

int execl(const char *path, const char *arg, ...)，参数：另一个可执行文件（执行这个文件，相当于就是这个进程执行另一个进程的内容，就达到了替换的效果），另一个进程（替换进程）的命令行参数。

int execlp(const char *file, const char *arg, ...)：第一个参数：从PATH环境变量中，查找file这个文件，找到便执行。

int execv(const char *path, const char *argv[])：与execl不同，execv只有两个参数，因为所有的命令行参数，都放在argv这个二维数组中（其实就是一个字符串数组）。

int execvp(const char *file, const char *argv[])：execlp ' 1 + execv ' 2 = execvp。

execve(const char *path, const char *argv[], const char *envp[])：envp成为新的环境变量，即如果替换进程用到环境变量，则以envp为准，如char *envp[] = {"PATH=/bin", 0}。

进程的调度算法（暂时不管）。

进程间通信：

一些基本概念：

进程同步：一个功能未完成，就不返回(一件事做完，才做下一件)
进程异步：各做各的，每当有一件事做完后就通知调用者。
IPC：进程间通信。每个IPC机制都有唯一ID，通过KEY创建。同一种机制用ID区分。创建key：ftok(文件名，相同的值(如0xFF))，返回Key。

三种继承自UNIX的IPC机制：信号、PIPE、FIFO。
三种继承自System V的IPC机制：信号量、消息队列、共享内存。

有很多地方的地址都设置为NULL，表示由系统自动确定内存起始地址。

同主机，进程间数据同步交互机制：无名管道（PIPE)、有名管道（FIFO）、消息队列、内存映射、共享内存，管道和消息队列都自带同步机制，内存映射、共享内存则无同步。

同主机，进程间异步机制：信号(signal)

信号安装：

signal(信号，函数)——>函数可以不带参数，也可以带一个参数（参数为信号，信号就是一堆int值）。

sigaction(信号，信号结构体，信号结构体)。——>第二个参数安装现在的信号（如果为空指针，则保持原来的信号不变），第三个为之前的信号结构体。

信号结构体：1、.sa_handler信号处理函数。2、.sa_mask信号处理函数执行过程中，阻塞掉的其他信号。3、.sa_flags用于更改指定信号的行为。

管道的创建都不用头文件。

无名管道PIPE：每个管道只有一个内存页面做环形缓冲区，用两个管道可以实现全双工。
管道的创建：int pipe(int files[2]);参数为文件描述符，0为读，1为写；成功返回0，否则-1;写入的数据被读出就消失。然后就可以通过两个文件描述符files[0]、files[1]进行进程间的数据交互。

命名管道可保存为文件系统中，的特殊的设备文件，所以进程随时都可以通过命名管道进行I/O操作。
命名管道创建：通过命令：mkfifo fileName（还可以通过命令使用、删除FIFO）;系统调用：int mkfifo(文件名， 管道文件权限)，成功则返回文件描述符，否则返回-1。用法：先创建文件（用vi创建都可以，反正共同的文件一定要有），然后就可以得到文件描述符（就和无名一样了，却可读可写）

内存映射：

将文件或其他对象映射进内存（进程的空间）：void *mmap(void *start，length，int prot，int flags，int fd，offset)，内存起始地址(一般为NULL)，长度(从偏移量offset开始算起)，内存访问权限（就是PROT_WRITE、PROT_READ），映射对象的类型（匿名访问适用于亲缘进程，而非亲缘进程一般就选MAP_SHARED），文件描述符，偏移量（一般为0）；成功执行则返回映射区的指针，否则返回-1。

　　　　　　　　　　　　   （内存访问权限prot）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  （映射对象的类型flags）

让信息立即写回到文件中：int msync(内存起始地址，长度，flag)，这个flag和前面的不一样：MS_ASYNC让内核尽快将信息写回文件、MS_SYNC在此函数返回之前将信息写回。

解除进程空间中的映射关系（释放内存段）：int munmap(起始地址，长度)，起始地址（mmap返回的指针的值）；成功则返回0（解除后内存中的更改才会写回文件），否则返回-1，成功解除之后，如果再访问该映射地址，将会产生段错误。

使用方法：非亲缘进程：用open打开文件，得到文件描述符fd，再结合mmap建立内存映射，得到共有的内存地址之后就可以通信了（最后一定记到解除映射，关闭文件）；亲缘进程就直接匿名访问内存，不用打开文件。

 共享内存：

双方必须要用相同的起始地址的共享内存，否则交互内容不一样
共享内存使用步骤：
创建共享内存int shmget(key，size，flag)；成功则返回ID号，否则返回-1。
映射共享内存，将共享内存映射到具体的进程空间void *shmat(id，addr，flag)，addr通常为NULL，flag为映射地址访问权限；成功则返回共享内存起始地址，否则返回-1。
解除映射int shmdt(shmat返回的地址)，如果失败则返回-1；两边要同时解除映射。
共享内存控制（用来删除共享内存就行了）int shmctl(ID，IPC_RMID，0)，这一步只需要消费者来扫尾就行了

shmget函数的flag：

1. IPC_CREAT：如果共享内存不存在则创建，否则打开。
2. IPC_EXCL：如果共享内存不存在则创建，否则报错。

消息队列：
创建和打开消息队列int msgget(key，IPC_CREAT)，第二个参数为flag和shmget的flag一样；成功则返回ID号。
添加/发送消息int msgsnd(ID，结构体缓冲区，大小，0)，成功则返回0，否则返回-1。
读取/接收消息int msgrcv(ID，缓冲区，大小，类型，0)，其中类型可以为0，表示可以接收任何类型的消息；成功则返回0，否则返回-1。
控制消息队列int msgctl(ID，IPC_RMID，0)，一般直接用来删除消息队列就行了，所以和删除共享内存的shmctl一样，设置得比较简单。

//msgsnd函数的第二个参数void *buf ：表示自定义的msgbuf结构体
struct msgbuf { 
        long type; //一般要求接收和发送不一样就行，如send=1,recieve=2
        char msg[自定义大小];
};

实际使用（前面说明，后面例子）：
首先使用ftok，创建key，mqkey = ftok(fileName, 0xFF);
然后用msgget创建消息队列，mqid = msgget(mqkey, IPC_CREAT | IPC_EXCL | 0666);
设置好缓冲区：struct msgbuf msg; msg.mtype = 随便但一致; 。。。
然后发送消息msgsnd，msgsnd(mqid, &msg, strlen(msg.mtext) + 1, 0);或者接收消息msgrcv，msgrcv(mqid, &msg, 256, 2, 0);
最后删除消息队列（至于谁来扫尾），msgctl(mqid, IPC_RMID, NULL);

同主机，进程间同步机制：信号量(semaphore)

信号量(互斥和同步)：

//PV操作（原语）：P为等待(-)，V为信号(+)
procedure p(var s:samephore){ 
    s.value=s.value-1;
    if (s.value<0)  sleep(s.queue);
}

procedure v(var s:samephore){
    s.value=s.value+1;
    if (s.value<=0) wakeup(s.queue);
}

创建一个信号量 / 取得一个信号量的ID：int semget(key，信号量数，flag)，信号量数量，一般为1，flag 访问权限 | IPC_CREAT | IPC_EXCL。

改变信号量的值：int semop(ID，struct sembuf *sops，nsops)，第二个参数为系统结构数组，第三个为数组元素个数。

//函数semop的第二个参数struct sembuf *sops ：解释这个结构体
struct sembuf {
        unsigned short sem_num;    //no：信号量编号
        short sem_op;    //对信号量的操作，若sem_op>0，则信号量+sem_op;若sem_op<0，则信号量-sem_op;若sem_op=0，表示判断信号量是否=0。
        short sem_flg;    //建议选择SEM_UNDO(进程退出时，执行 信号量解除(undo) 操作）;IPC_NOWAIT(指定操作若还未完成，进程也不等待，立即返回-1)
};    

直接控制信号量信息：int semctl(ID，semnum，cmd，。。。)，该函数最多只有4个参数：

1. semnum为信号量编号，若为设置为0，则表示整个信号量的集合（此时第四个参数无效）。
2. 如果对整个信号量集合控制，则须#include <ipc.h>，此时cmd的含义与msgctl相同，有如下值：

   IPC_RMID：删除整个信号量集合
   IPC_SET：设置ipc_perm参数
   IPC_STAT：获取ipc_perm参数
   IPC_INFO：获取系统信息　

3. 若对单个。。。（今后再议）

网络中，主机间数据交互机制：套接字(socket)、RPC。