linux并发服务器 —— 多进程并发（四）

逮到647了2023-08-31 8:43

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

cpp 复制代码 
/*
    #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；

cpp 复制代码 
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;
}
cpp 复制代码 
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）

cpp 复制代码 
/*
    #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); // hello

    return 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；
cpp 复制代码 
#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；

cpp 复制代码 
#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；

cpp 复制代码 
/*
    #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 - -1
                1. 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()

cpp 复制代码 
/*
    #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wait
            options
                0 - 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;
}
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