Linux高级编程--06.进程概述

进程控制块

在Linux中,每个进程在内核中都有一个进程控制块(PCB)来维护进程相关的信息,它通常包含如下信息:

  • 进程id。系统中每个进程有唯一的id,在C语言中用pid_t类型表示,其实就是一个非负整数。
  • 进程的状态,有运行、挂起、停止、僵尸等状态。
  • 进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
  • 描述虚拟地址空间的信息。
  • 描述控制终端的信息。
  • 当前工作目录(Current Working Directory)。
  • umask掩码。
  • 文件描述符表,包含很多指向file结构体的指针。
  • 和信号相关的信息。
  • 用户id和组id。
  • 控制终端、Session和进程组。
  • 进程可以使用的资源上限(Resource Limit)。

fork和exec

fork的作用是根据一个现有的进程复制出一个新进程,原来的进程称为父进程(Parent Process),新进程称为子进程(Child Process)。

系统中同时运行着很多进程,这些进程都是从最初只有一个进程开始一个一个复制出来的。在Shell下输入命令可以运行一个程序,是因为Shell进程在读取用户输入的命令之后会调用fork复制出一个新的Shell进程,然后新的Shell进程调用exec执行新的程序。

一个程序可以多次加载到内存,成为同时运行的多个进程,例如可以同时开多个终端窗口运行/bin/bash,另一方面,一个进程在调用exec前后也可以分别执行两个不同的程序,例如在Shell提示符下输入命令ls,首先fork创建子进程,这时子进程仍在执行/bin/bash程序,然后子进程调用exec执行新的程序/bin/ls,如下图所示。

fork函数

fork函数的声明如下:

pid_t fork(void);

当fork复制进程失败时,会返回-1;当复制进程成功时,由于复制出来的进程只执行fork函数之后的代码。虽然父进程和子进程都会执行后续的代码,但可以通过fork的返回值加以区分,一个简单的示例如下:

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> int main(void)
{
pid_t pid;
char *message;
int n;
pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork failed");
exit(1);
}
if (pid == 0) {
message = "This is the child\n";
n = 6;
} else {
message = "This is the parent\n";
n = 3;
}
for(; n > 0; n--) {
printf(message);
sleep(1);
}
return 0;
}

fork对父进程返回子进程的ID,对子进程返回0,因此可以通过返回值来区分是父进程还是子进程。

这样设计是有道理的,虽然子进程无法通过返回值获取进程ID,但可以通过getpid函数得到自己的进程id,也可以调用getppid函数得到父进程的id。在父进程中用getpid可以得到自己的进程id,然而要想得到子进程的id,只有将fork的返回值记录下来,别无它法。

根据返回值区分进程后,既可以指定他们的流程了,上例中他们的流程分别如下:

exec函数

用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序,子进程也可以通过exec函数执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动例程开始执行。功能上类似C的system函数。

一个示例如下:

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h> int main(void)
{
execlp("ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);
perror("exec ps");
exit(1);
}
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