linux并发服务器 —— 多进程并发（四）

进程概述

程序是包含一系列信息的文件，描述了如何在运行时创建一个进程；

进程是正在运行的程序的实例，可以用一个程序来创建多个进程；

用户内存空间包含程序代码以及代码所使用的变量，内核数据结构用于维护进程状态信息；

进程控制块（PCB）：维护进程相关的信息，task_struct结构体

PCB内部成员：进程id、进程的状态、进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器、虚拟地址空间信息、控制终端信息等

进程可以使用的资源上线可以调用: ulimit -a 进行查询

 进程状态转换

三态模型：就绪、运行、阻塞

五态模型：新建、就绪、运行、阻塞、终止

阻塞态不能直接变为运行态，需要先变为就绪态；

新建态：进程刚被创建，还没有分配资源，尚未进入就绪队列；

终止态：进程完成任务到达正常结束点，或出现错误而异常终止，或被新操作系统以及有终止权的进程所终止；

查看进程：ps aux/ajx（不能动态显示）

a - 显示终端所有进程；

u - 显示进程详细信息

x - 显示没有控制终端的进程；

j - 列出与作业控制相关的信息

实时显示进程动态：top (-d 指定时间间隔)

按键排序：

M - 内存降序

P - CPU占有率降序

U - 根据用户名筛选

K - 杀死进程

T - 根据运行时长排序

杀死进程：kill PID

kill -9 PID(强制杀死进程)

killall name 根据进程名杀死进程；

进程号相关函数

进程号的范围 0~32767；

getpid(void)、getppid(void)、getpgid(pid_t pid)

进程创建

/*#include <sys/types.h>#include <unistd.h>pid_t fork(void);返回值：返回两次；一次在父进程中，一次在子进程中父进程中返回子进程的ID子进程中返回0如何区分父进程和子进程 - 通过fork返回值;   父进程中返回-1表示创建子进程失败，并设置errno失败的原因：1. 进程数上限2. 系统内存不足
*/
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main(){// 创建子进程pid_t pid = fork();// 判断父子进程if(pid>0){cout<<pid<<endl;cout<<"父进程 - 进程号："<<getpid()<<endl;}else if(pid == 0){cout<<"子进程 - 进程号："<<getpid()<<endl;}for(int i = 0 ; i<3 ; i++){cout<<"i: "<<i<<" "<<getpid()<<endl;sleep(1);}return 0;
}

父子进程虚拟地址空间的情况

子进程用户区数据和父进程一样，内核区也会拷贝，但pid不同；

fork()是通过写时拷贝实现的，资源的复制在需要写入时才进行，在此之前以只读方式进行共享；

父子进程的关系及GDB多线程调试

父子进程间的关系

区别：

        1. fork()返回值不同

        2. pcb中的一些数据 eg. 当前进程pid  ppid、信号集

共同点：

        子进程刚被创建，没执行任何写操作

                - 用户区数据

                - 文件描述符表          

父子进程对变量是不是共享的？

         - 读时共享，写时拷贝；

GDB多进程调试

GDB默认只能跟踪一个进程 默认跟踪父进程；

- 显示跟踪进程：show follow-fork-mode

- 设置调试父进程和子进程：set follow-fork-mode [parent(默认）|child]

- 显示调试模式：show detach-on-fork

- 设置调试模式：set detach-on-fork [on|off]

默认为on，表示调式当前进程时，其他进程继续运行；off表示调式当前进程，其它进程被GDB挂起，停在fork处；

- 查看调试的进程：info inferiors

- 切换调试进程：inferior 进程编号 后 c即可

- 使进程脱离GDB调试：detach inferior id

exec函数族（一系列函数）

作用：根据指定文件名找到可执行文件；用其取代调用进程的内容（在调用进程内部执行一个可执行文件）；但它不会生成新的进程

exec函数族的函数执行成功不返回，调用失败会返回-1 ， 从调用点接着往下执行；

execl函数
/*#include <unistd.h>int execl(const char *path, const char *arg, ...);参数：path - 需要指定的可执行文件路径/名称a.out   /home/nowcoder/a.out（推荐）arg - 可执行文件所需的参数列表1st - 一般没有作用，一般写执行程序名称参数列表必须以NULL结束（哨兵）返回值：出错返回-1 并设置errno
*/
#include <unistd.h>
#include <iostream>
using namespace std;int main(){// 创建一个子进程 在子进程执行exec函数族中的函数pid_t pid = fork();if(pid>0){cout<<"我是你爹"<<" "<<getpid()<<endl;sleep(1);}else if(pid == 0){execl("hello" , "hello" , NULL);cout<<"我是你儿子"<<" "<<getpid()<<endl;}for(int i = 0 ; i<3 ; i++){cout<<i<<" "<<getpid()<<endl;}return 0;
}

execlp 从环境变量查可执行文件
/*#include <unistd.h>int execlp(const char *file, const char *arg,);-- 会到环境变量中查可执行文件 找不到执行失败参数：file - 需要指定的可执行文件的文件名a.out   /home/nowcoder/a.out（推荐）arg - 可执行文件所需的参数列表1st - 一般没有作用，一般写执行程序名称参数列表必须以NULL结束（哨兵）返回值：出错返回-1 并设置errno
*/
#include <unistd.h>
#include <iostream>
using namespace std;int main(){// 创建一个子进程 在子进程执行exec函数族中的函数pid_t pid = fork();if(pid>0){cout<<"我是你爹"<<" "<<getpid()<<endl;sleep(1);}else if(pid == 0){execlp("ps" , "ps" , "aux" , NULL);cout<<"我是你儿子"<<" "<<getpid()<<endl;}for(int i = 0 ; i<3 ; i++){cout<<i<<" "<<getpid()<<endl;}return 0;
}

进程退出、孤儿进程、僵尸进程

进程退出：exit（标准C库）、_exit（linux系统函数）

/*#include <stdlib.h>void exit(int status);#include <unistd.h>void _exit(int status);status - 进程退出时的状态信息 父进程回收子进程资源时可以获取
*/
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main(){cout<<"hello"<<endl;cout<<"world";// exit(0); // hello world_exit(0); // helloreturn 0;
}

孤儿进程：父进程运行结束，子进程还在运行 -> 孤儿进程；

 - 内核会把孤儿进程的父进程设置为init ， init进程会循环wait()退出的子进程；

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main(){// 创建子进程pid_t pid = fork();// 判断父子进程if(pid>0){cout<<pid<<endl;cout<<"父进程 - 进程号："<<getpid()<<endl;}else if(pid == 0){sleep(1);cout<<"子进程 - 进程号："<<getpid()<<endl;cout<<"子进程 - 父进程："<<getppid()<<endl;}for(int i = 0 ; i<3 ; i++){cout<<"i: "<<i<<" "<<getpid()<<endl;}return 0;
}

 父进程死亡后切换到前台（出现上述现象）；

僵尸进程：进程终止，可以释放用户区的数据，内核区的PCB没办法自己释放，需要父进程进行释放。如果父进程尚未回收，子进程残留资源存放于内核；变成僵尸进程；

不能被kill -9 杀死；

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main(){// 创建子进程pid_t pid = fork();// 判断父子进程if(pid>0){cout<<pid<<endl;while(1){cout<<"父进程 - 进程号："<<getpid()<<endl;sleep(1);}}else if(pid == 0){cout<<"子进程 - 进程号："<<getpid()<<endl;cout<<"子进程 - 父进程："<<getppid()<<endl;}for(int i = 0 ; i<3 ; i++){cout<<"i: "<<i<<" "<<getpid()<<endl;}return 0;
}

 处理方法：

1. 父进程调wait()/waitpid()

2. 杀死父进程，让Init接管子进程进行释放处理；

wait/waitpid 函数

wait()函数会阻塞，waitpid()可以设置不阻塞，并且waitpid()可以指定等待哪个子进程结束；

一次wait/waitpid只能清理一个子进程，清理多个子进程应该使用循环；

wait()

调用wait的进程会被挂起，直到其一个子进程退出或遇到不可忽略的信号；

如果其没有子进程或者子进程都结束了会立刻返回-1；

/*#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>pid_t wait(int *wstatus);等待任一子进程结束 然后回收子进程资源;参数：wstatus - 进程退出时的状态信息（传出参数）返回值：成功 - 被回收的子进程id失败 - -11. 所有的子进程都结束2. 调用函数失败
*/
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>using namespace std;int main(){// 创建5个子进程pid_t pid;for(int i = 0 ; i<5 ; i++){pid = fork();if(pid == 0){break;}}if(pid>0){while(1){cout<<"我是你爹: "<<getpid()<<endl;int ret = wait(NULL);// NULL 不获取状态if(ret == -1){break;}cout<<"捕获到了子进程："<<ret<<endl;sleep(2);}}else if(pid == 0){while(1){cout<<"我是你儿子: "<<getpid()<<endl;sleep(2);}}return 0;
}

waitpid()

/*#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);功能：回收指定进程号子进程 设置阻塞/非阻塞参数：pid<-1 - 回收某个进程组的子进程 组id == abs(pid)-1 - 回收所有子进程 相当于wait()0 - 回收当前进程组的所有子进程>0 - 回收指定子进程ID进程watatus - 同waitoptions0 - 阻塞WNOHANG - 非阻塞返回值：>0 - 子进程ID=0 - options=WNOHANG 表示还有子进程-1 - 错误/没有子进程waitpid(-1 , __ , 0) = wait(__);
*/#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>using namespace std;int main(){// 创建5个子进程pid_t pid;for(int i = 0 ; i<5 ; i++){pid = fork();if(pid == 0){break;}}if(pid>0){while(1){cout<<"我是你爹: "<<getpid()<<endl;sleep(2);int st;// int ret = waitpid(-1 , &st , 0);int ret = waitpid(-1 , &st , WNOHANG);if(ret == -1){break;}if(ret == 0){cout<<"他妈的怎么还有子进程"<<endl;continue;}else{if(WIFEXITED(st)){cout<<"退出的状态码："<<WEXITSTATUS(st)<<endl;}if(WIFSIGNALED(st)){cout<<"被哪个信号干掉："<<WTERMSIG(st)<<endl;}cout<<"捕获到了子进程："<<ret<<endl;}}}else if(pid == 0){while(1){cout<<"我是你儿子: "<<getpid()<<endl;sleep(2);}}return 0;
}