在用户空间，进程是由进程标识符（PID）表示的。从用户的角度来看，一个 PID 是一个数字值，可惟一标识一个进程。一个 PID 在进程的整个生命期间不会更改，但 PID 可以在进程销毁后被重新使用，所以对它们进行缓存并不见得总是理想的。
进程表示
在 Linux 内核内，进程是由相当大的一个称为 task_struct 的结构表示的。此结构包含所有表示此进程所必需的数据，此外，还包含了大量的其他数据用来统计（accounting）和维护与其他进程的关系（父和子）。
struct task_struct { volatile long state; void *stack; unsigned int flags; int prio, static_prio; struct list_head tasks; struct mm_struct *mm, *active_mm; pid_t pid; pid_t tgid; struct task_struct *real_parent; char comm[TASK_COMM_LEN]; struct thread_struct thread; struct files_struct *files; ... };
进程管理
在很多情况下，进程都是动态创建并由一个动态分配的 task_struct 表示。一个例外是init 进程本身，它总是存在并由一个静态分配的 task_struct 表示。
在 Linux 内虽然进程都是动态分配的，但还是需要考虑最大进程数。在内核内最大进程数是由一个称为max_threads 的符号表示的，它可以在 ./linux/kernel/fork.c 内找到。可以通过 /proc/sys/kernel/threads-max 的 proc 文件系统从用户空间更改此值。
Linux进程分为两种基本类型，分别为内核进程和用户进程。内核进程通过内核中kernel_thread()函数创建的，用户进程通过fork()和clone()创建。
进程的创建&内存的复制
创建一个子进程，就创建了一个新的子任务，并为它复制了父进程的内存。但是这两个进程使用的内存是相互独立的。在调用fork函数的时候，父进程当时的所有变量对子进程都是可见的，fork函数执行完成之后，父进程的变量对于子进程来说就隐藏了。
在创建一个新进程时，父进程使用的内存并不是真正的全部复制给子进程。它们都指向同一处内存空间，但是把内存页面标记为copy-on-write。当任何一个进程试图向这些内存中写入内容时，就会产生一组新的内存页面由这个进程私有。这样，通过这种方法提高了创建新进程的效率，因为内存空间的复制推迟到了发生写操作的时候。
进程相关API
Linux下进程模型提供了很多API函数，下面的这些函数可以完成基本的工作。
| API函数 | 用途 |
| fork | 创建子进程 |
| wait | 将进程挂起，直到子进程退出 |
| waitpid | 将进程挂起，直到指定子进程退出 |
| signal | 注册新的信号 |
| pause | 将进程挂起，直到捕捉到信号 |
| kill | 向某个指定的进程发出信号 |
| raise | 向当前进程发出信号 |
| exec | 将当前进程映像用一个新的进程映像来替换 |
| exit | 正常终止当前进程 |
函数详解&具体应用
日常编程中，我们常用到多进程的方式，可以让我们的程序同步执行多个任务。接下来，从函数原型依次介绍并用实例来分析。
进程的创建fork
API函数fork用于在一个已经存在的父进程中创建一个新的进程，子进程除了ID与父进程不同，其余都相同。
pid_t fork( void ); //pid_t是进程描述符 //返回值：>0, 当前进程就是父进程;==0,当前进程就是子进程;<0,失败 //返回值<0时,有两种错误,都是内存不足问题,分别为EAGAIN/ENOMEM
1 #include <stdio.h> 2 #include <unistd.h> 3 #include <sys/types.h> 4 5 int main() 6 { 7 pid_t pid; 8 9 pid = fork(); 10 if(pid > 0) 11 printf("Parent process pid: %d ",getpid()); 12 else if(pid == 0) 13 printf("Child process pid: %d ",getpid()); 14 else 15 printf("fork error! "); 16 17 return 0; 18 }
进程关闭exit
API函数exit终止调用进程，传入exit的参数会返回给父进程。
子进程调用exit函数还会向父进程发出SIGCHLD信号，释放当前进程的资源。
//关闭进程 void exit( int status ); //status用来保存状态信息
信号signal
signal_handler函数允许用户为进程注册信号句柄。在信号被注册后，就可以在需要的时候调用信号API函数。
PS: 在做一个WIN32控制台下的程序时候需要动态控制，我就利用SIGINT信号，在程序运行的过程中使用CTRL+C，调用中断函数完成操作。
//信号句柄 void signal_handler( int signal_number ); //注册信号 sighandler_t signal( int signum, sighandler_t handler ); //signum为信号类型 //handler为与信号相关联的动作 //sighandler_t的类型定义：typedef void (*sighandler_t)(int) *****指向函数的指针******
进程的信号句柄分为三种类型，分别为忽略类型、默认指定类型和用户自定义句柄类型。
例子：
1 #include <stdio.h> 2 #include <unistd.h> 3 #include <sys/types.h> 4 #include <signal.h> 5 6 void catch_signal_ctrl_c(int sig_num) 7 { 8 printf("catch signal ctrl+n"); 9 fflush(stdout); 10 } 11 12 int main() 13 { 14 signal(SIGINT, catch_signal_ctrl_c); //注册信号SIGINT软件中断,通过输入ctrl+c可以发出 15 16 printf("run a pause"); 17 pause(); //进程挂起，等待信号 18 19 return 0; 20 }
进程挂起pause
函数pause会把进程挂起，直到接收到信号。在信号接收后，进程会从pause函数中退出，继续运行。
//挂起 int pause( void );
向当前进程发送信号raise
raise函数只可以向当前进程发出信号。
int raise( int sig_num );
例子：
1 #include <stdio.h> 2 #include <unistd.h> 3 #include <sys/types.h> 4 #include <signal.h> 5 6 void catch_signal_ctrl_c(int sig_num) 7 { 8 printf("catch signal ctrl+n"); 9 fflush(stdout); 10 } 11 12 int main() 13 { 14 signal(SIGINT, catch_signal_ctrl_c); //注册信号SIGINT软件中断,通过输入ctrl+c可以发出 15 16 raise(SIGINT); 17 18 return 0; 19 }
向其他进程发送信号kill
kill函数可以向一个进程或一系列进程发送信号。
int kill( pid_t pid, int sig_num );
参数pid的不同会有不同的效果：
| pid | 说明 |
| >0 | 发送信号到pid指定进程 |
| 0 | 发送信号到与本进程同组的所有进程 |
| -1 | 发送信号到所有进程（init进程除外） |
| <0 | 发送信号到由pid绝对值指定的进程组中的所有进程 |
进程挂起wait&waitpid
wait函数与waitpid函数都是将进程挂起，直到某个进程退出或信号发生，避免僵尸进程的产生。
子进程退出，父进程没有等待(调用wait / waitpid)它， 那么她将变成一个僵尸进程。 但是如果该进程的父进程已经先结束了，那么该进程就不会变成僵尸进程， 因为每个进程结束的时候，系统都会扫描当前系统中所运行的所有进程， 看有没有哪个进程是刚刚结束的这个进程的子进程，如果是的话，就由Init 来接管它，成为它的父进程
wait只根据任何一个子进程退出状态。
pid_t wait( int *status ); //返回退出子进程的pid值,如果为-1,发生错误 //status用来保存子进程退出的状态信息
通过评估函数可以知道子进程退出的状态信息。
| 宏 | 说明 |
| WIFEXITED | 如果子进程正常退出,则不为0 |
| WEXITSTATUS | 返回子进程的exit状态 |
| WIFSIGNALED | 如果子进程因为信号退出,则为ture |
| WTERMSIG | 返回引起子进程退出的信号号(仅在WIFSIGNALED为ture的时候) |
例子：
1 #include <stdio.h> 2 #include <unistd.h> 3 #include <sys/types.h> 4 #include <signal.h> 5 6 int main() 7 { 8 pid_t pid; 9 int status; 10 11 pid = fork(); 12 if(pid > 0){ 13 printf("Parent process, pid: %d ", getpid()); 14 15 printf("父进程挂起！ "); 16 pid = wait(&status); 17 18 printf("父进程恢复 "); 19 20 }else if(pid == 0){ 21 22 printf("Child process, pid: %d ", getpid()); 23 printf("子进程退出 "); 24 exit(status); 25 26 }else{ 27 printf("fork error "); 28 } 29 30 return 0; 31 }
waitpid是挂起父进程直到某个指定的子进程退出。
pid_t waitpid( pid_t pid, int *status, int options); //pid用来指定进程 //status保存退出进程状态 //options有两种选择,WNOHANG/WUNTRACED /* WNOHANG:设定在子进程未退出时也不挂起调用进程,但仅在子进程退出时返回 WUNTRACED:返回已经停止而且自停止之后还未报告状态的子进程 */
pid的取值：
| pid | 说明 |
| >0 | 挂起直到由pid指定的子进程退出 |
| 0 | 挂起直到任何一个与调用进程的组ID相同的子进程退出 |
| -1 | 挂起直到任何子进程退出,与wait相同 |
| <-1 | 挂起直到任何一个其组ID与pid参数的绝对值相同的子进程退出 |
waitpid增加两个宏：
WIFSTOPPED: 如果子进程现在已经停止，返回true
WSTOPSIG: 返回使子进程停止的信号（WIFSTOPPED为true）
发送警告信号alarm
alarm函数在其他函数超时的时候会发送一个SIGALRM信号。
unsigned it alarm( unsigned int secs ); //secs为时间,单位为秒 //如果在超时，未接收到警告信号，返回0，否则，返回等待警告信号的时间
例子：
1 #include <stdio.h> 2 #include <unistd.h> 3 #include <sys/types.h> 4 #include <signal.h> 5 #include <string.h> 6 7 void wakeup(int sig_num) 8 { 9 print("timeout quit"); 10 raise(SIGINT);//产生中断信号 11 } 12 13 int main() 14 { 15 int ret; 16 char buffer[1024]; 17 18 signal(SIGALRM, wakeup); 19 20 printf("timeout in 3 seconds, please enter your password "); 21 alarm(3); 22 23 ret = read(0, buffer, 1023); 24 if(ret >= 0){ 25 buffer[strlen(buffer)-1]=' '; 26 printf("password : %s", buffer); 27 } 28 29 return 0; 30 }
替换当前进程exec
exec函数用于完全替换当前进程映像。实际上，就是用一个新的程序来替换当前的进程。值得注意的是，如果替换了，就不可能恢复，是完全的替换。
int execl( const char *path, const char *arg, ... ) //path确定要运行的程序 //其他都为参数 /* 例子： execl( "/bin/ls", "ls", "-la", NULL ); //用ls命令程序来替换当前进程 */
例子：
1 #include <stdio.h> 2 #include <unistd.h> 3 #include <stdlib.h> 4 #include <sys/types.h> 5 #include <signal.h> 6 #include <string.h> 7 8 9 int main() 10 { 11 int status; 12 char cmd[100]; 13 char* ret; 14 pid_t pid; 15 16 while(1){ 17 printf("mysh>>"); 18 ret = fgets(cmd, sizeof(cmd), stdin); 19 if(ret == NULL) 20 exit(-1); 21 cmd[strlen(cmd)-1]=' '; 22 23 if(!strncmp(cmd, "quit", 4)) 24 exit(0); 25 26 pid = fork(); 27 if(pid == 0){ 28 execlp(cmd, cmd, NULL); 29 }else if(pid >0){ 30 waitpid(pid, &status, 0); 31 } 32 printf(" "); 33 } 34 }
参考
GNU/LINUX环境编程
http://www.cnblogs.com/avril/archive/2010/03/22/1691793.html
http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-linux-process-management/
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