嵌入式学习-IO进程-Day04

嵌入式学习-IO进程-Day04

进程的函数接口

fork和Vfork

回收进程资源

wait

waitpid

退出进程

获取进程号（getpid，getppid）

守护进程

守护进程的特点

创建步骤

exec函数族

线程

概念

线程和进程的区别

线程资源

线程函数接口

创建线程（pthread_create）

退出线程

进程的函数接口

fork和Vfork

1.fork(): 子进程拷贝父进程的数据段，代码段

vfork(): 子进程与父进程共享数据段

2.fork(): 父子进程执行次序不确定

vfork(): 保证子进程先运行，在调用exec()或exit()之前，与父进程数据共享，在exec()或exit()调用之后，父进程才能运行

总结：fork: 更通用，适用于需要创建一个完全独立的子进程的场景，vfork: 更适用于子进程立即执行 exec() 覆盖其自身的场景，因为它避免了不必要的地址空间复制，提高了性能。

回收进程资源

wait

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>pid_t wait(int *wstatus);
功能：回收子进程资源(阻塞)
参数：status：子进程退出状态，不接受子进程状态设为NULL
返回值：成功：回收的子进程的进程号
        失败：-1
用法：wait（NULL）；

示例代码：

waitpid

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能：回收子进程资源
参数：
    pid：>0     指定子进程进程号=-1   任意子进程=0    等待其组ID等于调用进程的组ID的任一子进程<-1   等待其组ID等于pid的绝对值的任一子进程
    status：子进程退出状态
    options：0：阻塞
    WNOHANG：非阻塞
返回值：正常：结束的子进程的进程号
      当使用选项WNOHANG且没有子进程结束时：0
      出错：-1wait（NULL） == waitpid(-1,NULL,0) //阻塞回收任意子进程资源
waitpid(pid,NULL,0); //阻塞回收指定进程
waitpid(-1,NULL,WNOHANG);不阻塞回收任意子进程

非阻塞示例代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>int main(int argc, char const *argv[])
{pid_t pid = fork();if (pid < 0){perror("fork err");return -1;}else if (pid == 0){printf("in child\n");sleep(5); // 睡眠是为了看到现象printf("子进程退出\n");}else{printf("尝试回收我的子进程资源\n");while (1){pid_t result = waitpid(pid, NULL, WNOHANG);if (result == 0){printf("子进程还在运行.....\n");sleep(1);}else{printf("子进程结束\n");break;}}}return 0;
}

退出进程

void exit(int status);
功能：结束进程，刷新缓存
参数：退出的状态
不返回。
void _exit(int status);
功能：结束进程，不刷新缓存
参数：status是一个整型的参数，可以利用这个参数传递进程结束时的状态。
    通常0表示正常结束；
    其他的数值表示出现了错误，进程非正常结束exit和return的区别
exit：函数，结束进程。
return：关键字，结束函数。exit和_exit的区别
exit（）：刷新缓存区，关闭所有打开的文件指针
_exit():立即终止进程，不会执行上述操作

示例代码：

获取进程号（getpid，getppid）

pid_t getpid(void);
功能：获取当前进程的进程号
pid_t getppid(void);
功能：获取当前进程的父进程号

练习：创建子进程，在父子进程中分别获取他们的进程号和父进程号，获取结束，回收子进程资源，退出进程。

守护进程

守护进程的特点

守护进程是后台进程；生命周期比较长，从系统启动时开启，系统关闭时结束；它是脱离控制终端且周期执行的进程。

创建步骤

1.创建子进程，父进程退出

子进程成为孤儿进程，成为后台进程（fork）

2.在子进程当中创建会话

让子进程成为会话组组长，为了让子进程完全脱离终端；setsid()

3.改变进程的运行路径为根目录

原因进程运行的路径不能被删除或卸载；chdir("/")

4.重设文件权限掩码

增大进程创建文件时权限，提高灵活性；umask(0)

5.关闭文件描述符

将不需要的文件关闭；close()；

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid = fork();
    if (pid < 0)
    {
        perror("fork err");
        return -1;
    }
    else if (pid == 0)
    {
        //在子进程中创建新的会话
        setsid();
        //改变路径到根目录
        chdir("/");
        //改变文件权限掩码
        umask(0);
        //关闭文件描述符
        for (int i = 0; i < 3; i++)
        {
            close(i);
        }
       while(1);
    }
    else
    {
       exit(0);
    }
    return 0;
}

练习：

创建一个守护进程，循环间隔1s向文件中写入一串字符“hello”

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>int main(int argc, char const *argv[])
{
    pid_t pid = fork();
    if (pid < 0)
    {
        perror("fork err");
        return -1;
    }
    else if (pid == 0)
    {
        // 在子进程中创建新的会话
        setsid();
        // 改变路径到根目录
        chdir("/");
        // 改变文件权限掩码
        umask(0);
        // 关闭文件描述符
        for (int i = 0; i < 3; i++)
        {
            close(i);
        }
        // 打开一个文件
        int fd = open("/tmp/info.log", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0777);
        if (fd < 0)
        {
            perror("open err\n");
            return -1;
        }
        // 循环写入
        while (1)
        {
            write(fd, "hello\n", 6);
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        exit(0);
    }
    return 0;
}

exec函数族

作用：在当前进程中执行一个新的程序。

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[]);

线程

概念

线程是一个轻量级的进程，为了提高系统的性能引入线程，线程和进程都参与统一的调度。

线程和进程的区别

共同点：都为操作系统提供了并发能力

不同点：

1. 调度和资源上：线程是系统调度的最小单位，进程是资源分配的最小单位。
2. 地址空间上：同一个进程创建多个线程共享进程资源，进程的地址空间相互独立。
3. 通信方面：线程的通信相对简单，只需要通过全局变量就能实现。但是需要考虑临界资源（临界资源包括同一个文件，全局变量等）访问的问题，进程间的通信相对复杂，需要借助进程间的通信机制（借助3g-4g的的内核空间）
4. 安全性方面：线程的安全性相对较差，当进程结束时会导致所有线程退出，进程相对于安全。

线程资源

共享的资源：可执行的指令，静态的数据，进程中打开的文件描述符，信号处理函数。当前的工作目录，用户的ID，用户的组ID

私有资源：线程ID (TID)、PC(程序计数器)和相关寄存器、堆栈、错误号 (errno)、信号掩码和优先级、执行状态和属性

线程标识：

主线程的 TID 和 PID 是相同的，每个子线程有自己独立的 TID，但它们都共享相同的 PID

线程函数接口

创建线程（pthread_create）

头文件
#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t  *thread, const pthread_attr_t *attr,void *(*start_routine) (void *), void *arg);
功能：创建一个线程
参数：1.pthread_t *thread：线程标识，成功创建线程后，pthread_create 会将新线程的 ID 写入 thread 指向的内存位置。2.const pthread_attr_t *attr：线程属性， NULL：代表设置默认属性3. void *(*start_routine)：函数名，代表线程函数，指向一个函数的指针，这个函数就是线程的执行体（也就是线程的入口函数）。该函数必须符合 void *(*start_routine)(void *) 的原型，即接受一个 void * 类型的参数，并返回一个 void * 类型的值。  函数指针一般都是作为函数的参数使用：意思是在一个函数中回调另一方功能函数4.void *arg：传递给 start_routine 的参数。arg 是一个通用的指针，可以传递任何类型的数据（通常是一个结构体的指针，以便传递多个参数）。如果不需要传递参数，可以传递 NULL。
返回值：成功返回0
        失败返回错误码

示例代码

退出线程

void pthread_exit(void *retval);功能：用于执行退出线程
参数：任意类型的数据，一般写NULL
返回值：无
用法:
pthread_exit(NULL);