4種主要事件導致進程創建：

1. 系統的初始化；
2. 執行了正在運行的進程所調用的進程創建系統調用；
3. 用戶請求創建一個進程；
4. 一個批處理作業的初始化；

進程的終止：

1. 正常退出；
2. 出錯退；
3. 嚴重錯誤；
4. 被其他進程殺死；

當編譯器給定程序的編譯工作之后，編譯器執行一個系統調用，通知操作系統它的工作已經完成，在unix/linux系統中調用的是exit()。

進程的狀態：運行態，就緒態，阻塞態；

多線程提供了一種解決方案，有關的進程可以用一個輸入線程，一個處理線程和一個輸出線程構造。輸入線程把數據讀入到輸入到緩沖區中，處理線程從輸入緩沖區中取出數據，處理數據，并把結果放到輸出緩沖區中；輸出線程把這些結果寫到磁盤上。這種模型只有當系統調用只阻塞調用線程而不是阻塞整個進程時，才能正常工作。

進程通信（Inter Process Communication, IPC）

涉及共享內存、共享文件和共享任何資源的情況都會引起沖突，最終的結果取決于程序運行的精確時序，稱為競爭機制。需要采取“互斥”操作，使多個進程不可能同時處于臨界區中。一個好的解決方案，需要滿足4個條件：

1. 任何兩個進程不能同時處于其臨界區；
2. 不應對CPU的速度和數量做任何假設；
3. 臨界區外運行的進程不得阻塞其他進程；
4. 不得使進程無限期等待進入臨界區；

中斷是指計算機運行過程中，出現某些意外情況需主機干預時，機器能自動停止正在運行的程序并轉入處理新情況的程序，處理完畢后又返回原被暫停的程序繼續運行。

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進程中的ID，聲明為pid_t類型：

1. 進程ID：pid，利用getpid()函數可以獲得；
2. 父進程ID：ppid，利用getppid()函數可以獲得；
3. 有效用戶ID：euid，可以由geteuid()函數獲得；
4. 有效組ID：egid，可以由getegid()函數得到；
5. 實際用戶ID：uid，可以由getuid()函數獲得；

這六個ID保存在內核中的數據結構中。

進程函數：

pid_t fork(void);對于父進程返回紫禁城的進程ID，對于子進程返回0。子進程復制的是父進程的數據段和堆棧段，并和父進程共享代碼段。fork()函數出錯的原因：系統中已經有太多進程，調用fork()函數的用戶進程太多。

pid_t vfork(void);與其說是創建進程不如說是創建了一個線程，子進程與父進程共享所有資源，子進程對共享資源的修改會影響到父進程，兩者共用一個進程ID。子進程一定比父進程先運行完，子進程運行期間父進程相當于被阻塞。返回訊息與fork()函數一樣。

void exit(int status);【stdlib.h】這個退出函數會深入內核注銷進程的內核數據結構，并且釋放進程的資源。

int exec(const char * pathname, const char * arg0, ……)；Linux下使用該函數執行一個新函數，該函數在文件系統中搜索指定路徑的文件；

int system(const char * cmdstring)；【stdlib.h】參數cmdstring是需要執行的shell命令，該函數是一個庫函數，其中封裝了fork、exec、waitpid三個系統調用。

pid_t wait(int * statloc);調用wait()函數的進程會被阻塞，直到進程的任何一個子進程結束（在利用fork函數創建進程之后wait類似于vfork創建的子進程），該函數會返回最近結束的的子進程的進程ID。若是想要等待指定子進程結束，可以利用while(pid != wait(&status));

pid_t waitpid(pid_t pid, int * statloc, int options)；等待指定的進程結束，第一個參數為指定的進程ID，第二個參數為和wait函數中相同，接收進程返回的執行結果，第三個參數是控制選項。

當父進程創建的子進程退出后，父進程沒有回收子進程的的結束信息時，子進程就變成了一個僵尸進程。當父進程在子進程結束之前結束運行，這時該子進程就成為孤兒進程，Linux中由init進程負責領養所有的孤兒進程，作為系統的守護進程，init進程被設計為永遠調用wait()函數，即init進程的子進程不會是僵尸進程，可以使用這種方法避免僵尸進程的產生。

time_t time(time * t);【time.h】Linux/Unix中由time函數提供時間，參數t為一個time_t類型的指針。

信號及信號處理

信號是一種進程通信的方式，又稱為軟中斷。一個進程一旦受到信號就會打斷原來的程序執行流程來處理信號，這種通信方式是異步的。使用 kill –l 命令可以查看當前系統所支持的信號列表即相應編號；

5種方式產生信號：

1. 用戶通過終端快捷鍵組合，Ctrl+c產生SIGINT，Ctrl+z產生SIGKILL；
2. 硬件異常產生信號，有硬件檢測通知內核，內核通過信號通知當前的進程；
3. 一個進程調用kill(2)函數向另一個進程發送信號；
4. 利用kill(1)命令發送某個信號給某個進程，kill(1)也是調用kill(2)實現的；
5. 當內核檢測到某種軟件條件發生時，也可以通過信號通知進程；

處理信號

對于一個信號，Linux環境下的進程只有3種處理方式：

1. 忽略此信號；
2. 注冊一個信號處理函數，并要求內核在接收到信號時切換到用戶套調用該處理函數，這種方式稱為捕捉到一個信號。用戶程序需要對某些信號做一些自定義的處理；
3. 執行默認動作，不同的信號有不同的系統默認動作，系統使用的默認動作只有兩種：終結此信號或者忽略此信號；

在進程捕捉到信號之后，無論進程執行到何處都會跳到信號處理函數中執行，從信號處理函數返回后再恢復之前的代碼位置繼續執行。信號處理函數不判斷此時進程執行到何處；

原子操作：不會被線程調度機制打斷的操作。volatile是一個類型修飾符，volatile的作用是作為指令關鍵字，確保本條指令不會因編譯器的優化而省略，且要求每次直接讀值。

Linux允許用戶自定義信號處理函數，還提供借口，共使用者產生一個信號。

設置信號處理函數

void (*signal (int signo, void (* func))) (int)；【signal.h】 Linux允許用戶提供自己的信號處理函數，使用signal()函數將處理函數加載，并且通知系統。該函數的第一個參數為需要加載的信號，第二個參數為信號處理函數的函數指針（函數名），該函數返回一個函數指針，指向上一次的信號處理程序。如果加載錯誤，返回SIG_ERR。常用語句“if(signal(SIGUSR1, handler) == SIG_ERR){}”

void handler(int signo)；信號處理函數的原型；

int kill(pid_t pid, int signo)；信號發送函數原型，發送成功返回0，否則返回-1；

發送信號需注意：

1. 該進程有向另一個進程發送信號的權限；
2. 系統進程不能接收信號；

int raise(int signo)；向本進程發送信號的函數，相當于kill(getpid(), int signo)。該函數可以實現exit()函數功能使進程退出，所不同的是此用法不作任何善后處理。

設置Linux定時器

unsigned int alarm(unsigned int seconds)；函數的參數表示設置的秒數，如果系統時間超過該時間后函數就會向調用它的進程發送一個SIGALRM信號，這個信號的默認動作是終止調用該函數的進程。當函數的參數是0的時候可以取消一個定時器。如果之前沒有設置定時器，則設置定時器時成功則返回0，若之前設置過定時器且已經超時，則調用定時器函數時依然返回0，若之前設置了定時器尚未超時調用該定時器函數返回剩余的秒數；

int pause(void)；運行、阻塞、就緒是進程的三個基本狀態，就緒態的進程可以被調度，阻塞的進程由于不能運行所以不參與調度。有時候當一個進程的運行條件已經具備時仍需要進程阻塞（例如考慮到時間上的調度順序，sleep()），這種由進程自愿進入阻塞的情況稱為進程掛起，Linux下使用pause()函數掛起一個進程；pause()函數是調用該函數的進程進入到掛起狀態，直到一個信號到來，并且執行一個信號處理函數從其返回后，pause函數才返回-1。

unsigned int sleep(unsigned int nsec)；pause()函數使進程無時間限制的國企，若想使進程在一定時間后恢復運行則使用sleep函數。sleep()函數返回值分兩種：

1. 掛起的時間超過了指定的休眠時間，返回0；
2. 掛起期間被信號喚醒，這時sleep函數返回掛起以來經過的時間。

信號集

進程所能夠捕捉并處理的信號稱為信號集，信號機的實現通常是一個位向量，其中的每一位對應產生一個Linux系統中的信號。其數據類型為sigset_t，信號集處理函數【signal.h】：

int sigemptyset(sigset_t *set)；清空信號集，即所有的位置0；

int sigfillset(sigset_t *set)；信號集全部填充，將所有的位置1；

int sigaddset(sigset_t *set, int signo)；信號集添加某信號；

int sigdelset(sigset_t *set, int signo)；信號集刪除某信號；

int sigismember(sigset_t *set, int signo)；檢查某信號是否在信號集中，在返回1；

屏蔽信號

希望進程阻塞一些信號，及時接收到該信號，也不用做處理。阻塞一個信號稱為信號屏蔽。每一個進程內部有一個信號屏蔽字，標記屏蔽信號。

int sigprocmask(int how, const sigset_t *restrict set, sigset_t *restrict oset)；第2個參數是一個信號集，該信號集中被設置的位表示需要被屏蔽的信號，第3個參數表示原來的屏蔽信號集，第1個參數指定三種關系：

1. SIG_BLOCK將set集合中信號添加到屏蔽集；
2. SIG_UNBLOCK將set集合中信號從屏蔽集中解除；
3. SIG_SETMASK將屏蔽集重置為set；

如果第2個參數是NULL，表示忽略原來的信號屏蔽字。restrict為類型限定符，用于告訴編譯器，對象已經被指針所引用，不能通過除該指針外所有其他直接或間接的方式修改該對象的內容。

進程通信

IPC類型：

1. 管道：半雙（全雙）匿名（FIFO）/命名管道
2. System V/POSIX IPC：消息隊列、信號量、共享存儲
3. 網絡進程通信：Socket套接字（Streams）

管道在系統中相當于一個文件，來緩存所要傳輸的數據，某些方面與文件又不同，例如在數據讀出后管道中就沒有數據了。匿名半雙工管道的特性：數據智能在一個方向上流動，只能在具有公共祖先的進程之間進行通信。

int pipe(int fd[2])；Linux下利用pipe()函數創建一個匿名半雙工管道，參數int fd[2]是一個長度為2 的文件描述符數組，fd[0]是數據讀出端，fd[1]則是數據寫寫入端，函數返回0代表管道創建成功。

與pipe()函數配套使用的函數close(fd[0])、close(fd[1])關閉管道兩個端口，釋放文件資源。

write(fd[1], char *str, size_t length)；向管道中寫入數據，數據長度可設置為BUSZ；

read(fd[0], char *str, size_t length)；從管道中讀出數據；

#define BUSZ PIPE_BUF；BUSZ為管道默認一次性讀寫的數據；

在使用管道進行數據傳輸的時候，要注意維護管道的順序，當父進程創建了管道，只有子進程已經繼承了管道之后，父進程才可以執行關閉管道的操作。

創建管道的標準庫函數

FILE *popen( const char* command, const char *mode)；【stdio.h】command是一個在shell中可運行的命令字符串指針，例如“cat in.txt”。參數mode是一個操作字符指針：r或者w，popen()函數返回值是一個讀或者寫文件指針。popen()函數先創建一個管道，調用/bin/bash –c來執行參數中的command命令字符串。然后函數返回一個標準的I/O文件指針。

int pclose( FILE *stream);該函數的參數stream是一個popen()函數打開的文件描述符，pclose函數即關閉管道。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux下进程通信知识点学习笔记（一）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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