课程内容
什么是进程
- 进程是程序在内存中的镜像，是正在运行的程序，是程序的实例化，是一个复杂的集合体
- 包含开辟的内存空间、用户信息、组信息、权限、占用的资源、正在跑的代码、打开的文件等等
- 与之对应
- ① 什么是程序
- 程序是编译好的可执行的二进制文件，放在磁盘上
- 就是一个普通文件，有x权限
- 程序的集合是应用
- 程序是编译好的可执行的二进制文件，放在磁盘上
- ② 什么是线程
- 线程代表一系列有顺序的、需要CPU执行的指令
- 一个进程可能由一个或多个线程组成，同时执行指令
- [PS] 进程是CPU资源分配的基本单位，线程是CPU调度的基本单位
- ① 什么是程序
fork
创建一个子进程 [进程接口]
- man fork
- 原型 + 描述
- 返回值 [类型：pid_t]：进程id
- 通过复制调用fork的进程 [父进程] 创建一个新进程 [子进程]，父进程和子进程运行在相互独立的内存空间
- fork完成时，两者有一样的内容，之后内存的写、文件映射不会互相影响
- 当内存发生变化时，才会发生真正的拷贝 [写拷贝的概念]
- 否则共用的是同一份内存空间
- 父子主要有以下的不同点：
- 孩子有自己唯一的PID，并且不和任何已存在的PID相同
- 孩子认为的父亲PID [getppid] 与真实的父亲PID相同
- 孩子不会继承父亲的内存锁
- 孩子的资源使用量和CPU使用时间都会重置为0
- 孩子不会继承待执行的信号、信号量、记录锁、计时器、异步IO操作
- 返回值
- 成功：在父进程中返回孩子的PID，子进程中返回0
- 父亲无法再通过其他方式获得该孩子的PID，儿子可通过getppid获得父亲的PID
- 失败：返回-1，并设置errno [没有创建子进程]
wait
等待进程状态的改变
- man wait
- 原型
- wstatus [int *]：返回子进程的状态
- 如子进程中return、exit的值
- 需要使用宏来解析，如WIFEXITED(wstatus)，详见代码演示—wait—二
- 描述
- 等待对象：调用进程的孩子
- 状态改变情况：孩子被终止、被信号中断、被信号唤醒
- 当有被终止的孩子时，
- wait命令可以使系统释放孩子相关的资源
- 否则 [不执行wait命令]，被终止的子进程就会变成僵尸进程[👇]
- 死了的孩子没有被父进程察觉，其资源没有被释放
- 可使用top查看
- zombie即僵尸进程
- 只要一个孩子已经改变状态，wait命令就会被立马返回
- 否则，会阻塞直到有孩子改变状态或者信号中断
- 返回值
- 返回被终止的孩子PID或者-1 [出错，并设置errno]
exec族
执行一个文件 [一切皆文件]
- man exec
- 原型
- 有很多兄弟
- 描述
- 将用一个全新的进程镜像【替换】当前的进程镜像
- [让孩子有一个全新的世界]
- 第一个参数都是要执行文件的名字
- path：完整路径
- file：可以是PATH环境变量里的命令或完整路径
- 整个族可概括为："exec + l/v + p/e/pe"
- 参数名arg，表示是前面参数path的参数
- l-list，所有参数放入一整个字符串中 [参数的传递方式]
- 按惯例，arg0应与要执行文件的名字有关联
- 必须以(char *) NULL结尾
- v-vector，所有参数放入一个字符串数组中 [参数的传递方式]
- 必须以null指针结尾
- p-path，可执行文件的查找范围包括PATH环境变量
- 复制了Shell查找命令的过程
- e-env，允许指定环境变量
- 变量-数值对
- 返回值
- 只在错误发生时返回-1
flock
在打开的文件上操作建议锁
[本质上是为了保护数据]
- man 2 flock
- 原型 + 描述
- 通过文件描述符fd操作
- 主要三种操作
- LOCK_SH：共享锁
- LOCK_EX：互斥锁
- 互斥锁：如果有一个人访问，其他人就不能访问了
- 举例：很多人上一个卫生间
- LOCK_UN：解锁
- 返回值
- 0，成功；-1，失败
代码演示
fork
一、复制缓冲区、行缓冲
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- 输出结果
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- ❗ fork后面已经没有输出函数了，为什么输入suyelu，会输出两个suyelu？
- 【事实】虽然fork后代码复制了一份给子进程，但是子进程只会执行fork后的代码
- 【关键】缓冲区被复制了，里面还存有suyelu
- printf中没有换行符，而标准I/O是行缓冲I/O，第13行执行完并不会刷新缓冲区
- 当程序结束时，才触发刷新缓冲区的条件
- [PS] zsh下可能只会输出一次suyelu，可能是zsh的优化？bash下有俩
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二、父子进程相互独立
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- 输出结果
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- ❗ 父进程一定先执行吗？
- 不一定，父子进程完全独立，不相干，本质上谁先执行是由内核调度决定
- 但父进程极大概率先执行，因为内核调度的每个进程有一个运行时间，父进程生了孩子后，它的运行时长还没到
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- [PS]
- 1号进程 <pid为1的进程> 是init进程，其它进程都是由它生出来的
- 与人类世界相反，计算机世界的第一个进程一直活着，等着给子进程收尸
三、创建10个子进程，并打印自己的序号
10个子进程是亲兄弟
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- 如果不加18行的break
- 将产生2^10个进程：1 -> 2 -> 4 -> 8 -> 16 -> 32 -> ... -> 2^10
- 统计运行的父、子进程数量：ps -ef | grep -v grep | grep Ten | wc -l
- [Ten为可执行程序名]
- sleep时长不会叠加
- 进程遇到sleep，系统调度换到其它进程运行，最后等待时间只体现约10s
- i变量被子进程带走后就独立了，不会因父进程中i变量的改变而改变
wait
一、制造僵尸进程
- 不用wait感知子进程的终止，即会产生僵尸进程
- 用户有多种查看僵尸进程的方式 [让程序在后台运行：./a,out &]
- 基于ps，查看有defunct或Z标记的进程
- 基于top
- 利用pstree可以看到僵尸进程的血缘关系
- [PS] 杀僵尸进程需要杀其父进程；该父进程的父进程是zsh，程序结束后，zsh会告知系统对父子进程收尸
二、感知子进程返回状态
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- 程序在运行约2s后，输出如下：
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- ❗ 为什么子进程return 1，父进程wait得到的status是256
- 16位int型变量值为256 👉 其二进制对应第8位为1、其余位均为0
- 再参考下图 [Linux-UNIX系统编程手册 （上册）—26.1.3节]，问题有了答案
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- 其实，在man手册中提到了可使用宏来检查状态
- WEXITSTATUS(wstatus)则可以解析退出状态
- 在源码中，每个宏对应了下面的位操作
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- 所以在printf状态时，根据需求，通过宏处理以下即可
exec族
【替换为全新的进程】
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- 子进程在第17行被替换为全新的进程 [vim]，之后的代码永远不会被执行
- fork后直接exec：不会在fork时复制父进程的内存空间又在exec时马上启用 [写拷贝概念：当内存发生变化时，才会发生真正的拷贝]
- wait(NULL)负责收尸
- execlp的第二个参数可以任意，但和第一个参数有关联更有意义
- 在下面可以体现该参数的某方面意义
- 如果将exec代码换成第17行，第二个参数随意取名
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- 生成可执行文件Test的源文件test.c如下：
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- 输出argv[0]的值
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- 执行上下两份代码的结果如下：
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- 可见，第二个参数体现在了argv[0]变量里
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附加知识点
- 使用while(1){}时在循环体里加sleep，对CPU更友好
- 否则可能导致CPU利用率蹿升、空转、过热
- pstree可以方便地看到进程的继承关系，-p可以显示pid
- 查看僵尸进程：ps、ps -aux、ps -ef、top均可
- 死锁：两个以上的运算单元，双方都在等待对方停止运行，以获取系统资源，但是没有一方提前退出
- 计算机中的同步与生活中的不太一样
- 不是做同样的操作
- 而是事件发生的顺序是确定的，是有因果关系的
思考点
Tips
- du [-h]：查看当前目录以及所有子目录的大小 [human-readable]
- 对于多进程的输出，使用more会将不同进程的输出独立显示
- 推荐电影：《她》2013
