【北京迅为】《i.MX8MM嵌入式Linux开发指南》-第二篇 Linux系统编程篇-第三十四章 进程基础

i.MX8MM处理器采用了先进的14LPCFinFET工艺，提供更快的速度和更高的电源效率;四核Cortex-A53，单核Cortex-M4，多达五个内核 ，主频高达1.8GHz，2G DDR4内存、8G EMMC存储。千兆工业级以太网、MIPI-DSI、USB HOST、WIFI/BT、4G模块、CAN、RS485等接口一应俱全。H264、VP8视频硬编码，H.264、H.265、VP8、VP9视频硬解码，并提供相关历程,支持8路PDM接口、5路SAI接口、2路Speaker。系统支持Android9.0(支持获取root限)Linux4.14.78+Qt5.10.1、Yocto、Ubuntu20、Debian9系统。适用于智能充电桩，物联网，工业控制，医疗，智能交通等，可用于任何通用工业和物联网应用、

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第二部分 进程与进程间通信

第三十四章 进程基础

本章内容对应视频讲解链接（在线观看）：

进程基本知识 → https://www.bilibili.com/video/BV1zV411e7Cy?p=17

进程指正在运行的程序，如下图示，是资源分配的最小单位，可以通过“ps ”或“top”等命令查看正在运行的进程，线程是系统的最小调度单位，一个进程可以拥有多个线程，同一进程里的线程可以共享此进程的同一资源。

每个进程都有一个唯一的标识符，即进程ID，简称pid

进程间的通信的几种方法？

• 管道通信：有名管道，无名管道
• 信号通信：信号的发送，信号的接收，信号的处理
• IPC通信：共享内存，消息队列，信号灯
• Socket通信

进程的三种基本状态以及转换:

34.1 进程创建

本章内容对应视频讲解链接（在线观看）：

进程控制 → https://www.bilibili.com/video/BV1zV411e7Cy?p=18

所有的进程都是由其他进程创建（除了pid为0号的idle进程），pid号为1的init进程是系统启动后运行的第一个进程，是所有进程的父进程，init进程会初始化一部分系统服务，创建其他进程。

创建新进程的那个进程称为父进程，新进程称为子进程，父进程和子进程拥有相同的代码段数据段，有各自独立的地址空间。采用写时拷贝技术，即创建的新进程不会立即把父进程的资源空间复制过来，只有在修改时才会复制资源，另外父进程挂起的信号和文件锁不会被子进程继承。

子进程结束后，它的父进程要回收它的资源，否则就会成为僵尸进程 。

如果父进程先结束，子进程会被init进程收养，称为孤儿进程。

创建进程常用函数如下定义： 

头文件	#include <sys/types.h> #include <unistd.h>
函数	pid_t getpid(void);
返回值	PID号
功能	获取此进程PID

头文件	#include <sys/types.h> #include <unistd.h>
函数	pid_t getppid(void);
返回值	PID号
功能	获取父进程PID

头文件	#include <unistd.h>
函数	pid_t fork(void);
返回值	调用成功父进程返回子进程号，子进程返回0，失败返回-1。
功能	系统调用，创建一个进程

实验代码

代码在配套资料“iTOP-i.MX8MM开发板\02-i.MX8MM开发板网盘资料汇总(不含光盘内容)\嵌入式Linux开发指南(iTOP-i.MX8MM)手册配套资料\1.系统编程例程\系统编程配套程序\linux\14”目录下。

在程序中，父进程中创建一个子进程。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0){printf("fork is error \n");return -1;}//父进程if (pid > 0){printf("This is parent,parent pid is %d\n", getpid());}//子进程if (pid == 0){printf("This is child,child pid is %d,parent pid is %d\n", getpid(), getppid());}return 0;
}

在Ubuntu上编译运行，打印进程号如下图所示：

34.2 exec函数族

本章内容对应视频讲解链接（在线观看）：

exec函数族 → https://www.bilibili.com/video/BV1zV411e7Cy?p=19

用fork函数创建子进程后，子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序，该子进程被新的程序替换，改变地址空间，进程映像和一些属性，但是pid号不变。exec函数详解如下表所示：

函数	int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);
头文件	#include <unistd.h>
参数filename	路径名，表示载入进程空间的新程序路径。
参数argv[]	命令行参数，argv[0]为命令名
参数envp[]	新程序的环境变量
返回值	成功时不会返回，使用时不用检查返回值，可通过errno检查。

以下函数都是根据execve实现：

int execl(const char *path, const char *arg, .../* (char  *) NULL */);

    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[]);

实验代码：

代码在配套资料“iTOP-i.MX8MM开发板\02-i.MX8MM开发板网盘资料汇总(不含光盘内容)\嵌入式Linux开发指南(iTOP-i.MX8MM)手册配套资料\1.系统编程例程\系统编程配套程序\linux\15”目录下。

创建子进程，子进程使用execl打印hello world。

    #include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{int i=0;pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0){printf("fork is error \n");return -1;}//父进程if (pid > 0){printf("This is parent,parent pid is %d\n", getpid());}//子进程if (pid == 0){printf("This is child,child pid is %d\n", getpid(), getppid());//改为自己的路径execl("/home/samba/linux/15/hello","hello",NULL);exit(1);}i++;printf("i is %d\n",i);return 0;
}

编写hello.c文件，内容如下所示：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{printf("hello world\n");return 0;
}

编译hello.c如下图所示：

执行结果：

34.3 ps和kill命令

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ps和kill命令 → https://www.bilibili.com/video/BV1zV411e7Cy?p=20

ps命令：ps命令可以列出系统中当前运行的那些进程。

命令格式：ps [参数]

命令功能：用来显示当前进程的状态

常用参数： aux

kill命令：kill命令用来杀死进程

举例：kill -9(SIGKILL) PID

进程的状态

D: 无法中断的休眠状态 (通常 IO 的进程)

R: 正在执行中

S: 静止状态

T: 暂停执行

Z: 不存在但暂时无法消除

W: 没有足够的记忆体分页可分配

<: 高优先序的行程

N: 低优先序的行程

L: 有记忆体分页分配并锁在记忆体内 (实时系统或捱A I/O)

如下所示，使用命令“ps aux | grep a.out”查找到./a.out的进程号为3179，然后输入“kill -9 3179”结束此进程，

34.4 孤儿进程与僵尸进程

本章内容对应视频讲解链接（在线观看）：

孤儿进程和僵尸进程 → https://www.bilibili.com/video/BV1zV411e7Cy?p=21

孤儿进程：父进程结束以后，子进程还未结束，这个子进程就叫做孤儿进程。

僵尸进程：子进程结束以后，父进程还在运行，但是父进程不去释放进程控制块，这个子进程就叫做僵尸进程。

实验代码

代码在配套资料“iTOP-i.MX8MM开发板\02-i.MX8MM开发板网盘资料汇总(不含光盘内容)\嵌入式Linux开发指南(iTOP-i.MX8MM)手册配套资料\1.系统编程例程\系统编程配套程序\linux\16”目录下。

在程序中，创建的子进程变为孤儿进程。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{int i=0;pid_t pid;// 创建一个子进程pid = fork();if (pid < 0){printf("fork is error \n");return -1;}//父进程 让父进程先结束，并打印进程PIDif (pid > 0){printf("pid is %d\n", getpid());}//子进程,让子进程等待一会，让父进程先结束，并打印子进程的父进程的pidif (pid == 0){sleep(2);printf("parent pid is %d\n", getppid());}return 0;
}

编译运行，如下图所示：

如上图所示，子进程中打印的父进程的进程号和父进程的进程号是不一样的，说明创建的子进程变成了孤儿进程，此进程被系统的init进程"领养"了，如下图所示：

实验代码

在程序中，子进程变为僵尸进程。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{int i=0;pid_t pid;// 创建一个子进程pid = fork();if (pid < 0){printf("fork is error \n");return -1;}//父进程 让父进程先结束，并打印进程PIDif (pid > 0){while(1);}//子进程,让子进程先结束if (pid == 0){printf("This is child\n");exit(0);}return 0;
}

编译运行，如下图所示：

再打开另一个终端，查看此进程如下图所示为僵尸进程。

34.5 wait()函数

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wait函数 → https://www.bilibili.com/video/BV1zV411e7Cy?p=22

wait()函数一般用在父进程中等待回收子进程的资源，而防止僵尸进程的产生。

函数	pid_t wait(int *status)
头文件	#include <sys/wait.h>
返回值	成功返回回收的子进程的pid，失败返回-1

与wait函数的参数有关的俩个宏定义：

WIFEXITED(status)：如果子进程正常退出，则该宏定义为真

WEXITSTATUS(status)：如果子进程正常退出，则该宏定义的值为子进程的退出值。

实验代码

代码在配套资料“iTOP-i.MX8MM开发板\02-i.MX8MM开发板网盘资料汇总(不含光盘内容)\嵌入式Linux开发指南(iTOP-i.MX8MM)手册配套资料\1.系统编程例程\系统编程配套程序\linux\17”目录下。

在程序中，使用wait（）函数，防止僵尸进程的产生。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>int main(void)
{pid_t  pid;pid = fork();if(pid < 0){printf("error\n");}if(pid > 0){    int status;wait(&status);if(WIFEXITED(status)==1){printf("return value is %d\n",WEXITSTATUS(status));}while(1);}if(pid == 0){sleep(2);   printf("This is child\n");exit(6);}return 0;
}   

编译运行，如下图所示：

34.6 守护进程

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守护进程 → https://www.bilibili.com/video/BV1zV411e7Cy?p=23

1.什么是守护进程？

守护进程(daemon)是一类在后台运行的特殊进程，用于执行特定的系统任务。很多守护进程在系统引导的时候启动，并且一直运行直到系统关闭。另一些只在需要的时候才启动，完成任务后就自动结束。

用户使守护进程独立于所有终端是因为，在守护进程从一个终端启动的情况下，这同一个终端可能被其他的用户使用。例如，用户从一个终端启动守护进程后退出，然后另外一个人也登录到这个终端。用户不希望后者在使用该终端的过程中，接收到守护进程的任何错误信息。同样，由终端键入的任何信号(例如中断信号)也不应该影响先前在该终端启动的任何守护进程的运行。虽然让服务器后台运行很容易(只要shell命令行以&结尾即可)，但用户还应该做些工作，让程序本身能够自动进入后台，且不依赖于任何终端。 守护进程没有控制终端，因此当某些情况发生时，不管是一般的报告性信息，还是需由管理员处理的紧急信息，都需要以某种方式输出。Syslog 函数就是输出这些信息的标准方法，它把信息发送给 syslogd 守护进程。

2.怎么创建一个守护进程？

有个基本要求：

1. 必须作为我们init进程的子进程
2. 不跟控制终端交互。

步骤：

1.使用fork函数创建一个新的进程，然后让父进程使用exit函数直接退出（必须要的）

2.调用setsid函数。（必须要的）

3.调用chdir函数，将当前的工作目录改成根目录，增强程序的健壮性。（不是必须要的）

4.重设我们umask文件掩码，增强程序的健壮性和灵活性（不是必须要的）

5.关闭文件描述符，节省资源（不是必须要的）

6.执行我们需要执行的代码（必须要的）

实验代码：

代码在配套资料“iTOP-i.MX8MM开发板\02-i.MX8MM开发板网盘资料汇总(不含光盘内容)\嵌入式Linux开发指南(iTOP-i.MX8MM)手册配套资料\1.系统编程例程\系统编程配套程序\linux\18”目录下。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>int main(void)
{pid_t pid;// 步骤一：创建一个新的进程pid = fork();//父进程直接退出if (pid > 0){exit(0);}if (pid == 0){// 步骤二：调用setsid函数摆脱控制终端setsid();// 步骤三：更改工作目录chdir("/");// 步骤四：重新设置umask文件源码umask(0);// 步骤五：0 1 2 三个文件描述符close(1);close(2);close(3);// 步骤六：执行我们要执行的代码while (1){}}return 0;
}

 运行测试，如下图所示：