C语言笔记-18-Linux基础-进程

文章目录

• C语言笔记-18-Linux基础-进程
• 前言
• 一、进程概括
• 二、进程指令
• 三、进程函数
• • fork 新建子进程
  • return/exit 关闭子进程
  • atexit 遗言函数
• 四、wait 进程资源回收
• • wait
  • waitpid
• 五、exec家族函数 进程映像的更新
• 六、Linux ELF 可执行文件
• • readelf 查看elf信息指令
• 总结

前言

自学笔记，没有历史知识铺垫（省略百度部分）C语言笔记-18-Linux基础-进程

一、进程概括

1. 程序是计算机指令集合，静态数据
2. 进程是程序在计算机运行的实例
3. 程序在运行过程中，要使用计算机资源，就要对进程使用的资源进行记录，所有的记录约等于进程

注意：

1. 进程有独立的4G地址空间(多个进程轮流布局同一份4G地址空间,同一时刻只有一个进程独立占用)
2. 进程有自己的pid
3. 进程有自己的PCB

二、进程指令

1. ps 查看进程
2. top 实时查看进程

PCB成员
fd 记录进程对文件资源的使用情况（文件描述符）
image 进程镜像（轮流布局独立4G地址空间映射）

三、进程函数

unistd.h

fork 新建子进程

pid_t fork(void); 新建子进程(新建失败时，不会创建子进程)
返回值: 成功时，在父进程和子进程中各返回一次（常说的一次调用，两次返回）

1. 成功：pid 子进程的pid 返回到父进程中
2. 成功：0 返回到子进程中
3. 失败：-1 返回到父进程中，errno被设置

注意：

1. 子进程的PCB和父进程的PCB读的部分一致，写的部分，子进程会复制父进程PCB该部分后单独存储(2.6版本后增加，写时拷贝技术)，即image布局是一样，但是子进程与父进程各运行在独立的内存空间，二者操作本进程时，不会相互影响

可以通过fork返回标识，控制业务在父进程or子进程中处理（异步）

示例代码

#include 
#include 
#include int main(int argc, char *argv[])
{pid_t pid = fork();if (pid == -1){printf("父进程执行失败,该信息永远在父进程中输出\n");}if (pid == 0){printf("子进程pid才会返回0，该信息永远是在子进程中输出\n");}else{printf("父进程才会返回子进程的pid:%d,该信息永远在父进程中输出\n", pid);}printf("由于子进程复制父进程的PCB，该信息会在父进程和子进程都会输出\n");return 0;
}// 输出结果
父进程才会返回子进程的pid:7724,该信息永远在父进程中输出
由于子进程复制父进程的PCB，该信息会在父进程和子进程都会输出
子进程pid才会返回0，该信息永远是在子进程中输出
由于子进程复制父进程的PCB，该信息会在父进程和子进程都会输出

return/exit 关闭子进程

return 标识函数结束，在main函数中，终止进程
exit 终止进程 （stdio操作会被刷新关闭，创建的临时文件也会被移除） 并向父进程返回(status&0377)(0-255)

atexit 遗言函数

进程在正常终止时被调用的函数，如：main函数return后、进程exit后，才会调用的函数

注册遗言函数
atexit() 传入无行参的指针函数

1. 执行顺序按照注册顺序倒叙执行
2. 同一个函数可以被注册多次，执行多次
3. 子进程继承父进程的遗言函数
4. exec家族中的函数，只要有一个函数调用成功，其他遗言函数会被移除(不执行)

#include 
#include void endCall(){printf("遗言函数触发\n");
}int main(int argc, char *argv[])
{atexit(endCall);atexit(endCall);return 0;
}// 输出结果
遗言函数触发
遗言函数触发

注册遗言函数
on_exit() 传入有行参的指针函数，并传入返回值，功能与atexit()一样

四、wait 进程资源回收

进程终止的时候，需要将进程资源回收，终止的进程无法自己回收，回收操作由父进程进行。
回收函数wait家族函数回收

wait

阻塞并挂起当前进程，等待任意子进程终止。
wait(int *status)
入参:
*status 将子进程状态信息存储到该指针中
返回值:
成功: pid 返回终止了的子进程的pid
失败: -1 errno被设置

wait的宏

1. WIFEXITED(status) 子进程正常终止,返回真
2. WEXITSTATUS(status) 返回子进程的退出状态码(exit(status) status&0377)
   这个宏只能在WIFEXITED返回真时使用

1. WIFSIGNALED(status) 如果子进程是被信号终止的,返回真
2. WTERMSIG(status) 返回导致子进程终止的信号的编号
   这个宏只能在WIFSIGNALED返回真时使用

wait可以让异步执行的多进程，转变为同步执行
模拟子进程正常终止示例

#include 
#include 
#include 
#include int main(int argc, char *argv[])
{int subExitStatus;pid_t pid = fork();if (pid == -1){printf("父进程执行失败,该信息永远在父进程中输出\n");}if (pid == 0){printf("子进程pid才会返回0，该信息永远是在子进程中输出\n");return 99;}else{wait(&subExitStatus);if (WIFEXITED(subExitStatus)){printf("子进程正常终止状态码:%d\n", WEXITSTATUS(subExitStatus));}printf("父进程才会返回子进程的pid:%d,该信息永远在父进程中输出\n", pid);}printf("由于子进程被提前return，该信息永远在父进程中输出\n");return 0;
}// 执行结果
子进程pid才会返回0，该信息永远是在子进程中输出
子进程正常终止状态码:99
父进程才会返回子进程的pid:12483,该信息永远在父进程中输出
由于子进程被提前return，该信息永远在父进程中输出

模拟子进程信号打断示例

#include 
#include 
#include 
#include 
#include int main(int argc, char *argv[])
{int subExitStatus;pid_t pid = fork();if (pid == -1){printf("父进程执行失败,该信息永远在父进程中输出\n");}if (pid == 0){printf("子进程pid才会返回0，该信息永远是在子进程中输出,pid:%d\n", getpid());getchar();return 99;}else{wait(&subExitStatus);if (WIFEXITED(subExitStatus)){printf("子进程正常终止状态码:%d\n", WEXITSTATUS(subExitStatus));}if (WIFSIGNALED(subExitStatus)){printf("子进程信号打断状态码:%d\n", WTERMSIG(subExitStatus));}printf("父进程才会返回子进程的pid:%d,该信息永远在父进程中输出\n", pid);}printf("由于子进程提前被信号终打断，该信息永远在父进程中输出\n");return 0;
}// 执行结果
子进程pid才会返回0，该信息永远是在子进程中输出,pid:13385
子进程信号打断状态码:8
父进程才会返回子进程的pid:13385,该信息永远在父进程中输出
由于子进程提前被信号终打断，该信息永远在父进程中输出

打断信号

 dony15$ kill -8 13385

waitpid

阻塞并挂起当前进程，等待指定子进程终止。
pid_t waitpid(pid_t pid, int *stat_loc, int options);
pid 指定具体的子进程

1. <-1 等待进程组的pid是|pid|的组中的子进程
2. -1 等待任意子进程
3. 0 等待和当前进程同一个进程组的子进程
4. >0 指定了要等待的子进程的pid

stat_loc 同wait(int *status)的参数
options

1. WNOHANG 如果没有子进程终止,立即返回
2. 0 阻塞等待子进程的终止

返回值:
成功 返回状态改变的子进程的pid
如果WNOHANG被指定,没有子进程状态的改变 返回0
错误 -1 errno被设置

// 效果
wait(s)==waitpid(-1,s,0)

五、exec家族函数 进程映像的更新

子进程可以更新image，此时子进程的image与父进程的image将不同（更新子进程image不影响父进程）

execve exec核心函数，所有exec家族函数都是围绕这个函数封装
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
功能:执行程序
参数:

1. filename 要执行的文件名
   这个文件必须是可执行的二进制文件或脚本文件
2. argv 字符串数组 传递给main函数的参数 习惯上第一个是可执行文件的名字
3. envp name=value 作为环境变量传递给新的可执行程序
   argv和envp以NULL作为结尾
   返回值:
   成功 不返回
   错误 -1 errno被设置

exec家族函数列表

#include 
//指向当前进程的环境变量列表
extern char **environ;  
/* (char  *) NULL */);
int execl(const char *path, const char *arg, ...int execlp(const char *file, const char *arg, .../* (char  *) NULL */);
int execle(const char *path, const char *arg, .../*, (char *) NULL, char * const envp[] */);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

exec 公有的
l l代表list,需要将arg元素以可变参数都传入
v v代表vector，传数组即可
p PATH环境变量 需要知道要加载的可执行程序所在的路径.

1. 有p字母,会到环境变量PATH指定的路径中找可执行程序
2. 没有p字母,必须指定可执行文件的所在路径(相对 绝对)

e

1. 如果有字母e,用户指定环境变量传递给新的可执行程序.
2. 没有字母e.代表从父进程继承环境变量

execvp示例

#include 
#include 
#include int main(int argc, char *argv[])
{pid_t pid = fork();if (pid == -1){printf("父进程执行失败,该信息永远在父进程中输出\n");}if (pid == 0){char *ps_argv[] = {"ps", "-o", "pid,ppid,comm", NULL};execvp("ps", ps_argv);printf("execvp执行失败才会执行\n");}else{printf("父进程才会返回子进程的pid:%d,该信息永远在父进程中输出\n", pid);}printf("由于子进程镜像被更新(execvp执行失败,子程序才会执行)，与父进程的PCB不同，该信息会在父进程输出\n");return 0;
}// 执行结果
父进程才会返回子进程的pid:14966,该信息永远在父进程中输出
由于子进程镜像被更新(execvp执行失败,子程序才会执行)，与父进程的PCB不同，该信息会在父进程输出PID  PPID COMM999   998 -bash5836  5805 /bin/bash
10801 10800 -bash
10839 10801 vim
13388  5805 /bin/bash

execlp示例

...
execlp("ps", "ps", "-o", "pid,ppid,comm", NULL);
...
// 执行结果
父进程才会返回子进程的pid:14966,该信息永远在父进程中输出
由于子进程镜像被更新(execvp执行失败,子程序才会执行)，与父进程的PCB不同，该信息会在父进程输出PID  PPID COMM999   998 -bash5836  5805 /bin/bash
10801 10800 -bash
10839 10801 vim
13388  5805 /bin/bash

查看当前进程环境变量示例

#include 
#include 
#include // 当前进程的环境变量列表
extern char **environ;int main(int argc, char *argv[])
{for (size_t i = 0; environ[i] != NULL; i++){printf("环境变量:%s\n", environ[i]);}return 0;
}// 执行结果
环境变量:SHELL=/bin/bash
环境变量:TMPDIR=/var/folders/3j/nltc60p50b9dl803pp8qkbqc0000gn/T/
环境变量:OLDPWD=/Users/dony15/Desktop/c_code/c_learn_3
环境变量:ORIGINAL_XDG_CURRENT_DESKTOP=undefined
环境变量:MallocNanoZone=0
环境变量:JAVA_11_HOME=/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-11.0.4.jdk/Contents/Home
环境变量:LC_ALL=en_US.UTF-8
环境变量:NO_PROXY=127.0.0.1
环境变量:COCOS_CONSOLE_ROOT=/Users/dony15/Desktop/cocos2d-x-4.0/tools/cocos2d-console/bin
环境变量:USER=dony15
环境变量:COCOS_TEMPLATES_ROOT=/Users/dony15/Desktop/cocos2d-x-4.0/templates
环境变量:COMMAND_MODE=unix2003
环境变量:JAVA_12_HOME=/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-12.0.2.jdk/Contents/Home
环境变量:SSH_AUTH_SOCK=/private/tmp/com.apple.launchd.cT3LzZpnc1/Listeners
环境变量:__CF_USER_TEXT_ENCODING=0x1F5:0x19:0x34
...

execle示例
main.c

#include 
#include int main(int argc, char *argv[])
{char *m_env[] = {"name=abc", "age=15",NULL};int a = execle("./t_child.out", "abc", NULL, m_env);perror("err:");return 0;
}

t_child.c

#include 
#include 
#include // 当前进程的环境变量列表
extern char **environ;
int main(int argc, char *argv[])
{printf("start t_child process pid:%d\n", getpid());for (size_t i = 0; argv[i] != NULL; i++){printf("传入变量:%s\n", argv[i]);}for (size_t i = 0; environ[i] != NULL; i++){printf("环境变量:%s\n", environ[i]);}printf("t_child结束\n");return 0;
}

dony15$ gcc -o t_child.out t_child.c 
dony15$ gcc -o main main.c
dony15$ ./main 
start t_child process pid:9380
传入变量:abc
环境变量:name=abc
环境变量:age=15
t_child结束

六、Linux ELF 可执行文件

elf格式为可执行文件，python、bash、自定义写的c.out等都是

readelf 查看elf信息指令

readelf -a main.out

总结

注意：
char *argv[] 中argv是常量，不可以argv++
char **environ; 中environ是变量，可以environ++

向量表：地址空间连续的数组
列表：地址空间可能不连续的数组

1. 僵尸进程:进程已经终止，进程资源没有回收
2. 孤儿进程:父进程已终止，子进程没有回收，这种子进程需要过继给另一个进程。
   1.ubuntu 15.04版本之前，过继给init进程（孤儿院）
   2.ubuntu 15.04版本之后，过继给upstart进程（孤儿院）

exec家族函数,无论是环境变量列表、数组，还是入参变量列表、数组，结尾必须要加NULL

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