進程

• 進程是一個可并發(fā)執(zhí)行的具有獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次執(zhí)行過程，也是操作系統(tǒng)執(zhí)行資源分配和保護的基本單位。
• 程序的一次執(zhí)行就是一個進程
• 一個程序可以派生多個進程
• 多個不同程序運行的時候，也會有多個相對應(yīng)的進程與其相互對應(yīng)
• 進程是動態(tài)的，有始有終，有自己的生命周期，有進程狀態(tài)的變化

程序與進程的區(qū)別

• 程序是靜止的，無生命的，進程是活動的
• 程序是可以脫離機器長期存在，而進程是執(zhí)行了的程序
• 程序不具備并發(fā)性，不占據(jù)系統(tǒng)的資源，進程則相反，具備并發(fā)性、會占據(jù)內(nèi)存空間，并且會受到其他進程的制約和影響
• 一個程序?qū)?yīng)很多的進程

進程的狀態(tài)

• 運行狀態(tài)
• 就緒狀態(tài) 缺少cpu
• 等待狀態(tài) 缺少IO資源，等待

相關(guān)命令

• 使用命令 ps -ax 查看進程的相關(guān)狀態(tài)；比如進程號 、 進程的狀態(tài)、

進程樹的形成

• 計算機啟動之后，BIOS從磁盤引導(dǎo)扇區(qū)加載系統(tǒng)引導(dǎo)程序，它將Linux系統(tǒng)裝入內(nèi)存，并且跳到內(nèi)核處開始執(zhí)行，Linux內(nèi)核就執(zhí)行初始化工作：初始化硬件、初始化內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、建立進程0
• 進程0創(chuàng)建進程1，進程1是以后所有創(chuàng)建進程的祖先，它負責(zé)初始化所有的用戶進程。進程1創(chuàng)建shell，shell進程顯示提示符，等待命令的輸入
• init進程ID為1，通常是init進程，在自檢過程結(jié)束的時候由內(nèi)核調(diào)用
• init進程不會終止
• init進程是一個普通的用戶進程（與交換進程不同，他不是內(nèi)核中的系統(tǒng)進程，但是它以超級用戶特權(quán)執(zhí)行）

進程的創(chuàng)建

• 任何進程的創(chuàng)建，都是基于現(xiàn)有的進程
• 進程的創(chuàng)建可以使用fork 和 exec
• fork 視為新的進程分配響應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且將父進程的相應(yīng)上下文信息復(fù)制過來
• exec 將可執(zhí)行文件的正文和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入內(nèi)存替代先前的內(nèi)容(從父進程復(fù)制過來的數(shù)據(jù))，并開始執(zhí)行正文段，將當前進程替換為一個新的進程

進程的終止

• 使用exit()
• exit釋放除了task_struct以外的所有的上下文，父進程收到子進程的終結(jié)信號之后，釋放子進程的task_struct
• vfork調(diào)用之后，將立即調(diào)用exec，這樣就不需要拷貝父進程的所有的頁表，因此比fork快
• pid_t fork(void);
• pid_t vfor(void);
• 頭文件 unistd.h

fork系統(tǒng)調(diào)用

• 當fork函數(shù)調(diào)用成功時，對父進程返回子進程的PID，對子進程返回0
• 調(diào)用失敗的時候，父進程返回-1，并沒有子進程的創(chuàng)建
• fork函數(shù)返回 兩個參數(shù)，分別給父進程和子進程

pid_t new_pid; new_pid = fork(); switch(new_pid){case -1://Error!break;case 0://Child processbreak;default://parent processbreak; }

exec系統(tǒng)調(diào)用

• exec是用來執(zhí)行一個可執(zhí)行文件來代替當前進程的執(zhí)行鏡像
• int execl(const char * path,const char * arg, ...)
• int execlp(const char * file,const char * arg, ...)
• int execle(const char *path, const char * arg,...,const char *envp[])
• ?int execv(const char *path,const char * argv[])
• int execve(const char * filename,char * const argv[],char * const envp[])
• int execvp(const char *file,char * const argv[])

函數(shù)的原型

• int execve(const char * filename,char * const argv[],char * const envp[])
• filename? ?執(zhí)行的文件
• argv? ? ? ? ? 傳遞給文件的參數(shù)
• envp? ? ? ? ?傳遞給文件的環(huán)境變量
• 當參數(shù)path所指定的文件替換原進程的執(zhí)行鏡像之后，文件的path開始執(zhí)行，參數(shù)argv和envp便傳遞給進程
• l 表示list
• v表示vector
• e 可以傳遞新進程環(huán)境變量 execle execve
• p 可執(zhí)行文件查找方式為文件的名字 execlp execvp

char* envp[] = {"PATH = /tmp","User = lei","STATUS = testing", nullptr};char* argv_execv[] = {"echo","executed by execv", nullptr};char* argv_execvp[] = {"echo","executed by execvp", nullptr};char* argv_execve[] = {"env", nullptr};if (execl("/bin/echo","echo","executed by execl", nullptr)<0)perror("Err on execl");if (execlp("echo","echo","executed by execlp", nullptr)<0)perror("Err on execlp");if(execle("/user/bin/env","env", nullptr,envp)<0)perror("Err on execle");if (execv("/bin/echo",argv_execv)<0)perror("Err on execv");if (execvp("echo",argv_execvp))perror("Err on execvp");if(execve("/user/bin/ebv",argv_execve,envp)<0)perror("Err on execve");

函數(shù)

• ?頭文件 <sys/types.h> <unistd.h>
• pid_t getpid(void);返回調(diào)用進程的進程ID
• pid_t getppid(void);但會調(diào)用進程的父進程ID
• uid_t getuid(void);返回調(diào)用進程的實際用戶ID
• uid_t geteuid(void);返回進程的有效用戶ID
• gid_t getgid(void);返回進程的實際組ID
• gid_t getegit(void);調(diào)用進程的有效組ID

#include <iostream> #include <sys/types.h> #include <unistd.h>int main(){pid_t cld_pid;cld_pid = fork();if (cld_pid == 0){std::cout << "This is child process.\n" << std::endl;printf("My PID(child) is %d\n",getpid());printf("My child PID is %d\n",cld_pid );}else{std::cout << "This is parent process.\n" << std::endl;printf("My PID(parent) is %d\n",getpid());printf("My child PID is %d\n",cld_pid );}return 0; }

?exit系統(tǒng)調(diào)用

• _exit 直接結(jié)束進程，清除其內(nèi)存使用空間，并且清除其在內(nèi)核中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• exit 函數(shù)在調(diào)用之前會檢查文件的打開情況，把文件的緩存區(qū)的內(nèi)容寫會文件中，比如調(diào)用printf()函數(shù)

wait系統(tǒng)調(diào)用

• wait函數(shù) 用于使父進程阻塞，直到一個進程結(jié)束或者該進程收到一個指定信號為止
• 調(diào)用wait或者waitpid的進程可能會：
• 阻塞：如果其所有的進程還在運行
• 帶子進程的終止狀態(tài)立即返回（如果一個子進程已經(jīng)終止，正等待父進程存取其終止狀態(tài)）
• 出錯立即返回（如果沒有任何子進程）
• pid_t wait(int *status);? status返回子進程退出時的狀態(tài)信息
• pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options);//等待指定的進程id
• 頭文件 <sys/types.h> 和 <sys/wait.h>
• 兩個函數(shù)返回數(shù)值：如果成功返回子進程的ID號，如果出現(xiàn)問題，返回-1

wait和waitpid函數(shù)的區(qū)別

• 在一個子進程終止之前，wait使其調(diào)用者阻塞，而waitpid有一個選項，可以不阻塞調(diào)用者
• waitpid并不等待第一個終止的子進程，他有若干個選擇項，可以控制他所等待的特定進程
• 實際上，wait函數(shù)是waitpid的一個特例

守護進程

• 創(chuàng)建子進程，然后父進程退出
• 在子進程中創(chuàng)建新的會話 setsid();
• 改變目錄為根目錄 chdir("/");
• 重設(shè)文件的權(quán)限掩碼umask(0);
• 關(guān)閉文件描述符 for(int i = 0;i < MAXFILE; i++){close(i);}
• 守護進程的工作 while(1){}

#include <iostream> #include <unistd.h> #include <ftw.h> #include <fcntl.h>int main(){pid_t pc;char *buf = "This is a Daemon\n";int len = strlen(buf);pc = fork();if (pc < 0){printf("Error fork!\n");exit(-1);} else if (pc > 0){exit(0);}setsid();//在子進程中創(chuàng)建新的會話chdir("/");//改變目錄為根目錄umask(0);//重設(shè)文件的權(quán)限掩碼for (int i = 0; i < 65535; ++i) {close(i);}int fd;while (1){if (fd = open("/tmp/daemon.log",O_CREAT|O_WRONLY|O_APPEND,0600) < 0){perror("open");exit(1);}write(fd,buf,len+1);close(fd);sleep(10);}return 0; }

sleep函數(shù)

• 函數(shù)使用sleep用來指定進程掛起來的指定的秒數(shù)。該函數(shù)的調(diào)用格式如下
• unsigned int sleep(unsigned int seconds);
• 頭文件 unistd.h

進程間通信

• 數(shù)據(jù)傳輸：一個進程將 數(shù)據(jù) 發(fā)送給另外一個進程，數(shù)據(jù)大小一般是一個字節(jié)到幾兆字節(jié)之間
• 共享數(shù)據(jù)：多個進程之間操作共享數(shù)據(jù)，一個進程對共享數(shù)據(jù)的修改，另外的進程可以看到
• 通知事件：一個進程向另外一個進程發(fā)送消息，通知它發(fā)生了某件事情。（如：子進程終止，通知父進程）
• 資源共享：多個進程之間共享相同的資源，需要內(nèi)核提供 鎖 和 同步機制
• 進程控制：有些進程完全控制另一個進程的執(zhí)行（如Debug），這個時候，進程會攔截另外一個進程所有的陷入(陷入內(nèi)核)和異常，并且及時知道他的狀態(tài)改變
• 進程間通信 （IPC）
• Linux進程間通信 包括Unix進程間通信、Socket進程間通信、POSIX進程間通信、System V進程間通信
• Unix進程間通信 -> 管道 FIFO 信號
• System V進程間通信 ->?System V消息隊列??System V信號燈??System V共享內(nèi)存
• POSIX進程間通信 -> posix消息隊列?posix信號燈??posix共享內(nèi)存

現(xiàn)在的linux使用的進程間通信方式

• 管道(pipe) 和 有名管道(FIFO)
• 信號(signal)：比較復(fù)雜的通信方式，用于通知其余進程，信號可以用于進程之間通信外，信號還可以發(fā)送信號給進程本身。
• 消息隊列：消息的鏈接表，包括posix消息隊列和system V消息隊列；有權(quán)限的進程可以讀寫消息隊列；克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺陷
• 共享內(nèi)存：多個進程訪問同一塊內(nèi)存空間，是最快的IPC方式，往往結(jié)合信號量來實現(xiàn)進程間同步以及互斥
• 信號量 （使用不多）
• 套接字(socket)? （網(wǎng)絡(luò)）

管道和有名管道的區(qū)別

• 管道：具有親緣關(guān)系的進程間通信，需要通信雙方的進程有共同的祖先進程
• 有名管道：允許無親緣關(guān)系的管道之間通信，在文件系統(tǒng)中有對應(yīng)的文件名字；有名管道通過命令 mkfifo或系統(tǒng)調(diào)用mkfifo來創(chuàng)建

具體使用

管道

• linux命令允許重定向，重定向就是管道 例如 ls > 1.txt
• 管道是單向的、先進先出的，無結(jié)構(gòu)的、固定大小的字節(jié)流，他把一個進程的標準輸出和另外一個進程的標準輸入連接在一起
• 寫進程在管道的末尾輸入數(shù)據(jù)，讀進程在管道的首端讀取數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)被讀出后會從管道中移除，其他進程對此不可見了
• 管道提供了簡單的流控制機制。進程試圖讀取空的管道時，在有數(shù)據(jù)填充管道之前會處于阻塞狀態(tài)；同理，管道數(shù)據(jù)已滿時，未有讀進程讀取數(shù)據(jù)，寫進程往管道里面寫入數(shù)據(jù)會處于阻塞狀態(tài)
• 管道用于進程之間通信
• 使用系統(tǒng)調(diào)用pipe() 函數(shù)，創(chuàng)建一個簡單的管道，只需接受一個參數(shù)，也就是一個包括兩個整數(shù)的數(shù)組。
• 如果系統(tǒng)調(diào)用成功，此數(shù)組將包括管道使用的兩個文件描述符
• 創(chuàng)建一個管道之后，一般情況下進程將會產(chǎn)生一個新的進程
• 系統(tǒng)調(diào)用pip()? 原型:int pipe(int fd[2])
• 返回值：成功返回0 ；失敗返回 -1
• errno = EMFILE? 沒有空閑的文件描述符
• errno = ENFILE? 系統(tǒng)文件表已滿
• errno = EFAULT? fd數(shù)組無效

代碼

#include <stdio.h> #include <unistd.h>int main(void) {int pipe_fd[2];if(pipe(pipe_fd) < 0){printf("pipe create error!\n");return -1;} else{printf("pipe create success!\n");}close(pipe_fd[0]);close(pipe_fd[1]);return 0; }

• 先創(chuàng)建一個管道 再創(chuàng)建一個子進程?

父子進程之間通信? 父進程寫入；子進程讀入數(shù)據(jù)

• 當讀到10的時候，結(jié)束進程

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/wait.h>int main(void) {int pipe_fd[2];pid_t pid;char buf[2]={0};//在創(chuàng)建子進程之前創(chuàng)建管道if(pipe(pipe_fd) < 0){printf("pipe create error!\n");_exit(-1);} else{printf("pipe create success!\n");printf("pipe_fd[0] = %d,pipe_fd[1] = %d",pipe_fd[0],pipe_fd[1]);}pid = fork();//創(chuàng)建子進程//子進程執(zhí)行的代碼if (pid == 0){close(pipe_fd[1]);while (1){if (read(pipe_fd[0],buf,1) > 0){ // if (buf[0] % 3 == 0 && buf[0] != 0)printf("%d\n",buf[0]);if (buf[0] == 10)_exit(0);}}close(pipe_fd[0]);} else{//父進程執(zhí)行的代碼close(pipe_fd[0]);for (buf[0]=0;buf[0]<=10;buf[0]++) {write(pipe_fd[1],buf,1);}close(pipe_fd[1]);wait(nullptr);}return 0; }

上面這個例子 感覺有問題?

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <wait.h> #include <cstring>int main(){int pipe_fd[2];if (pipe(pipe_fd) < 0){printf("pipe create error!\n");_exit(-1);return -1;} else{printf("pipe create success!\n");printf("pipe_fd[0] = %d,pipe_fd[1] = %d",pipe_fd[0],pipe_fd[1]);}pid_t pid = fork(); // char buf[2] = {0};char buf[100] ={"Hello world"};int len = strlen(buf);if (pid == 0){close(pipe_fd[1]);while(1){if (read(pipe_fd[0],buf,len) > 0){printf("%s\n",buf);}}close(pipe_fd[0]);} else{//父進程執(zhí)行此段代碼close(pipe_fd[0]);for (int i = 0;i<10;i++){write(pipe_fd[1], buf, len);}close(pipe_fd[1]);wait(nullptr);}return 0; }

?簡單修改如下

?

• ?通過打開兩根管道，實現(xiàn)一個雙向的管道，但是需要在子進程中正確的設(shè)置文件的描述符號
• 必須在fork之前使用pipe()，否則子進程將不會繼承文件的描述符
• 使用半雙工管道的時候，任何關(guān)聯(lián)的進程都需要共享一個相關(guān)的祖先進程。因為管道存儲在系統(tǒng)內(nèi)核中，不繼承祖先將無法尋址，有名管道就不會出現(xiàn)這個問題

代碼

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/wait.h>int main(void) {int pipe_fd[2];int pipe_fd1[2];pid_t pid;char buf_r[100]={0};char * p_wbuf = nullptr;int r_num;//在創(chuàng)建子進程之前創(chuàng)建管道if(pipe(pipe_fd) < 0){printf("pipe create error!\n");_exit(-1);}if(pipe(pipe_fd1) < 0){printf("pipe create error!\n");_exit(-1);}printf("pipe create success!\n"); // printf("pipe_fd[0] = %d,pipe_fd[1] = %d",pipe_fd[0],pipe_fd[1]); // printf("pipe_fd1[0] = %d,pipe_fd1[1] = %d",pipe_fd1[0],pipe_fd1[1]);pid = fork();//創(chuàng)建子進程//子進程執(zhí)行的代碼if (pid == 0){printf("******子進程******\n");//read pipeclose(pipe_fd[1]);r_num = read(pipe_fd[0],buf_r,100);if (r_num > 0){printf("children r_num = %d, pipe is: %s\n",r_num,buf_r);}close(pipe_fd[0]);//write pipeclose(pipe_fd1[0]);if (write(pipe_fd1[1],"ByeBye!",7)!=-1){printf("children process write ByeBye! success!\n");}close(pipe_fd1[1]);printf("children process exit!\n");_exit(0);} else if (pid > 0){printf("******父進程******\n");//write pipeclose(pipe_fd[0]);if (write(pipe_fd[1],"Hello!",6) !=-1){printf("father process write Hello! success!\n");}close(pipe_fd[1]);//read processclose(pipe_fd1[1]);r_num = read(pipe_fd1[0],buf_r,100);if (r_num > 0){printf("father r_num = %d, pipe is: %s\n",r_num,buf_r);}close(pipe_fd1[0]);wait(nullptr);printf("father process exit!\n");_exit(0);}return 0; }

• ?父進程 給 子進程 傳輸 Hello!；接收輸出子進程的 ByeBye!
• 子進程 給 父進程 傳輸?ByeBye!；接收輸出父進程的 Hello!
• 子進程退出，然后父進程退出
• r_num 為讀取的數(shù)據(jù)長度

命名管道

• 作為一個特殊的設(shè)備文件而存在
• 適用于無血緣關(guān)系的進程之間通信
• 即使進程之間不再需要管道，但是命名管道仍然繼續(xù)保存在文件系統(tǒng)中，便于以后使用
• 使用函數(shù) int mkfifo(const char * pathname,mode_t mode)
• 函數(shù)說明：mkfifo()會依參數(shù)pathname 建立特殊的FIFO 文件, 該文件必須不存在, 而參數(shù)mode 為該文件的權(quán)限 (mode%~umask), 因此umask 值也會影響到FIFO 文件的權(quán)限. Mkfifo()建立的FIFO 文件其他進程都可以用讀寫一般文件的方式存取. 當使用open()來打開FIFO 文件時, O_NONBLOCK 旗標會有影響：
• 頭文件：#include <sys/types.h> ??#include <sys/stat.h>
• 1. 當使用O_NONBLOCK 旗標時, 打開FIFO 文件來讀取的操作會立刻返回, 但是若還沒有其他進程打開FIFO 文件來讀取, 則寫入的操作會返回ENXIO 錯誤代碼.
• 2. 沒有使用O_NONBLOCK 旗標時, 打開FIFO 來讀取的操作會等到其他進程打開FIFO 文件來寫入才正常返回. 同樣地, 打開FIFO 文件來寫入的操作會等到其他進程打開FIFO 文件來讀取后才正常返回.
• 返回值：若成功則返回0, 否則返回-1, 錯誤原因存于errno 中
• 使用ls -l查看管道文件 顯示p開頭
• 普通文件 是一個 -?

錯誤代碼：

• 1、EACCESS 參數(shù)pathname 所指定的目錄路徑無可執(zhí)行的權(quán)限
• 2、EEXIST 參數(shù)pathname 所指定的文件已存在.
• 3、ENAMETOOLONG 參數(shù)pathname 的路徑名稱太長.
• 4、ENOENT 參數(shù)pathname 包含的目錄不存在
• 5、ENOSPC 文件系統(tǒng)的剩余空間不足
• 6、ENOTDIR 參數(shù)pathname 路徑中的目錄存在但卻非真正的目錄.
• 7、EROFS 參數(shù)pathname 指定的文件存在于只讀文件系統(tǒng)內(nèi).

注意事項

• 打開FIFO，使用非阻塞標志(O_NONBLOCK)產(chǎn)生以下的影響
• 如果未說明O_NONBLOCK，只讀打開會要阻塞某個寫進程打開此FIFO；類似，只寫打開要阻塞某個讀進程打開此FIFO；讀寫互斥
• 如果指定了O_NONBLOCK，則只讀打開立即返回，但是如果沒有進程為了讀而打開一個FIFO，那么只寫打開將出錯返回，其errno是ENXIO
• 類似管道，若寫一個尚無進程為讀而打開的FIFO，則產(chǎn)生信號為SIGPIPE；若某個FIFO最后一個寫進程關(guān)閉了該FIFO，則將為該FIFO的讀進程產(chǎn)生一個文件結(jié)束標志

參考鏈接

• Linux進程描述符task_struct結(jié)構(gòu)體詳解--Linux進程的管理與調(diào)度（一）
• Linux 系統(tǒng)啟動過程
• Linux系統(tǒng)啟動流程詳解
• fork和exec的區(qū)別
• Linux中fork，vfork和clone詳解（區(qū)別與聯(lián)系）
• C語言vfork()函數(shù)：建立新的進程
• linux系統(tǒng)編程之進程（五）：exec系列函數(shù)（execl,execlp,execle,execv,execvp)使用
• C語言waitpid()函數(shù)：中斷(結(jié)束)進程函數(shù)(等待子進程中斷或
• linux守護進程詳解及創(chuàng)建，daemon()使用
• linux系統(tǒng)的7種運行級別
• SGX的內(nèi)部組件概述（一）找一個好的工作，為自己活
• C語言mkfifo()函數(shù)：建立具名管道
• linux驅(qū)動重要頭文件！！！
• errno頭文件

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的嵌入式Linux多任务编程 进程 管道 命名管道的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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