6、进程理论和简单进程创建

一、了解进程推荐看这个视频，很详细

1、概念

• 进程(Process)=程序的运行过程，是系统进行资源分配和调度的独立单元
• 程序的运行过程：多个不同程序 并发，同一个程序同时执行多个任务。
  • 就需要很多资源来实现这个过程。
• 每个进程都有一个独立的地址空间【空间由0开始扩大，直到最大值，成一个连续的空间】。在这个空间里，进程能够执行读写操作，存放可执行的程序代码、程序运行所需的资源以及函数调用和局部变量存储的栈结构。
• 进程控制块（PCB）：
  • 是一个数据结构。
  • 描述进程的基本情况和运行状态。
  • 为控制和管理提供数据依据。

2、访问linux的进程方法

那么如何查看进程？
基本语法：ps 选项
a：显示当前终端下的所有进程信息，包括其他用户的进程
u：以用户为主的进程状态
x：通常与 a 这个参数一起使用，显示当前用户在所有终端下的进程信息
-e：显示系统内所有的进程信息
-l：使用长格式显示进程信息
-f：使用完整的格式显示进程信息

//使用ps -aux
ps -aux

ps -elf

top
q       退出显示
top -d  默认三秒，指定top命令每隔几秒刷新
top -i  使用top不显示任何闲置或者僵死的进程
top -p  通过指定监控ID来仅仅监考某个进程的状态
例如：
top -d 10  每10秒刷新1次

• top命令将会在当前终端以全屏交互式的界面显示进程排名，及时跟踪CPU、内存等系统资源占用情况，默认情况下每三秒刷新一次，其作用类似于windows系统中的任务管理器。
  
  

pgrep 

• 使用pgrep命令可以根据进程的名称、运行该进程的用户、进程所在的终端等多中属性查询特定进程的PID号。

pstree  选项
-u  显示进程的用户名
-p  显示进程号（PID）

• 将进程以树形的结构展现出来

3、删除进程

kill 进程号   删除进程
kill -9 进程号 强制删除进程 

4、进程的文件

• 在**/proc/里面**
  
  这些蓝色的就是进程号。

二、进程模型

严格来说，一个CPU核心在任一时刻仅能执行一个线程的任务，即便是系统配置有双核心（或更多CPU）时，每个核心也是独立地且一次仅执行一个线程。

• 进程的组成
  • 1、代码段和相关数据段
  • 2、PCB（进程控制块）
    • 2.1、PCB包含的信息
    • ①进程标识符PID
    • ②进程控制管理信息
    • ③资源清单
    • ④进程调度信息
    • ⑤处理机状态
    • 2.2、PCB是什么？
    • ①是一个数据结构
    • ②描述进程的基本情况和运行状态
    • ③为管理和控制提供数据依据

• 从抽象的角度看，每个进程似乎都配备了专属的虚拟CPU以支持其独立执行，但物理程度上，CPU通过时间片机制在多个进程间进行快速切换，从而并发执行的假象。【简而言之：抽象看是每个进程都有一个CPU；物理上看是只有一个CPU供所有进程使用，进程用时间片机制来快速切换，像并发一样。】

• 如下图【物理上看】：

• 如下图【抽象上看】

• 所以可以发现：
  • 在经历足够长的一段时间后，所有的进程都运行了，但实际上在任何一个给定的瞬间仅有一个进程真正运行。
  • 所以它们实际上是这样运行【A运行一点时间，就给B运行，B运行一点给C运行，如果需要回到A，就使用PCB，PCB记录了之前的状态。】的，如下图：
  • 

• PCB进程控制管理信息
  • 代码段和数据段的地址
  • 进程同步和通信信息
  • 资源清单地址
  • 进程队列指针
• PCB处理机状态
  • 处理机中寄存器的内容
  • 作用：CPU切换时保存现场信息和回复现场信息。
• PCB进程标识符
  • 进程号
• PCB资源清单
  • 内存地址
  • 虚拟地址
  • 打开文件列表
  • I/O设备信息
• PCB进程调度信息
  • 进程状态
  • 优先级
  • 等待和使用CPU时间总和
  • 进程调度和对换依据

• 进程与进程之间怎么数据交换？

  • 依靠操作系统内核

  • 

  • 但是从上图可知：进程1和进程2是独立的个体。似乎不相互影响。

• 我们通过2段代码来理解【推荐先看下面部分的编程再看这里】
• 首先是创建一个全局变量 global_vary = 100 。再在child函数里改global_vary =200 。然后我们运行代码，得到结果如下图：
• 会发现，parent还是100 。child的是200 。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int global_vary = 100;//创建了一个全局变量
void child(){global_vary =200;printf("in child process:%d global_vary:%d \n",getpid(),global_vary);
}
void parent(){sleep(3);//休眠3秒后，再运行。printf("int parent process:%d global_vary:%d \n",getpid(),global_vary);
}
int main(){pid_t pid;pid=fork();if(pid<0){perror("fork have problem\n");exit(0);//释放pid}else if(pid==0){//childchild();}else if(pid>0){parent();}return 0;}

• 使用sleep 修改
• 让 子进程结束变慢。
  

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int global_vary = 100;//创建了一个全局变量
void child(){global_vary =200;printf("in child process:%d global_vary:%d \n",getpid(),global_vary);sleep(3);
}
void parent(){sleep(1);        printf("int parent process:%d global_vary:%d \n",getpid(),global_vary);
}
int main(){pid_t pid;pid=fork();if(pid<0){perror("fork have problem\n");exit(0);//释放pid}else if(pid==0){//childchild();}else if(pid>0){parent();}return 0;}

就会发现结果还是 200 ，100 。
这就能体现出他们是独立的。
它们是独立占用 0-3G虚拟空间。

三、进程的创建

1、了解情况

• 随机分配，谁先获得CPU的使用权。
• 通过返回值来区分父子进程。
• 返回是2次，一次是父进程的，另一次是子进程的。
• 子父进程共享文件

2、简单编程实现

2.1、getpid和getppid和fork

• fork() 的作用：
  • fork() 会创建一个子进程，父进程返回子进程的 PID，子进程返回 0。
  • 如果 fork() 失败（如系统资源不足），返回 -1，并进入错误处理。
• getpid() 和 getppid()：
  • getpid()：返回当前进程的 PID。
  • getppid()：返回当前进程的父进程 PID。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork failed\n");exit(1);} else if (pid == 0) {printf("子进程: PID = %d, PPID = %d\n", getpid(), getppid());} else {printf("父进程: PID = %d, PPID = %d\n", getpid(), getppid());wait(NULL);  // 父进程等待子进程结束}return 0;
}

2.2、sleep

如果我想让子进程先运行，父进程后运行。就可以使用sleep(时间) 。这里的时间是默认按秒的时间，休眠作用。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>void child(){printf("in child process:%d \n",getpid());
}
void parent(){sleep(3);//休眠3秒后，再运行。printf("int parent process:%d \n",getpid());
}
int main(){pid_t pid;pid=fork();if(pid<0){perror("fork have problem\n");exit(0);//释放pid}else if(pid==0){//childchild();exit(0);}else if(pid>0){parent();exit(0);}return 0;}

2.3、execlp和excvp

• execvp和execlp很像，只是参数的写法不同。
• 都通过PATH的方式查找。
  • execvp的参数是指针数组
  • execlp的参数是可变参数列表

#include <unistd.h>int main() {execlp("ls", "ls", "-l", NULL);  // 等价于 execvp("ls", {"ls", "-l", NULL})perror("execlp failed");return 1;
}

• exlvp的作用：
  • 用于 替换当前进程的映像（即运行另一个程序，当前进程的代码和数据会被新程序覆盖 。替换后，原进程的代码不会执行了。）。

函数原型
#include <unistd.h>
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
argv以NULL结尾

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>int main(){pid_t pid;pid=fork();if(pid<0){perror("fork have problem\n");exit(0);//释放pid}else if(pid==0){//替换成当前父进程的上下文,替换成新的进程静态数据区int ret=execlp("ls","ls","-l",NULL);if(ret<0){perror("execlp error");exit(-1);}printf("================================\n");exit(0);}else if(pid>0){//父进程回收子进程的资源getchar();wait(NULL);//阻塞接口，等待一个事件的发生}return 0;}

3、创建进程中的指令总结

exit(数字)   用来终止执行
fork         创建进程
wait         接收另一个进程的退出[阻塞接口]
sleep        休眠
execlp       替换当前进程的映像

• fork 子进程诞生，此时父进程是副本
• exec系列调用，替换成静态区
• exit系统调用，结束，变成僵尸
• wait系统调用，回收资源，已经变成僵尸状态的子进程的资源。