快速掌握Linux（4）（进程）

二、多任务

多任务：让程序具备同时处理多个任务的能力（并发）。

如何实现多任务：多进程、多线程

1.进程

1)什么是进程

进程：正在执行的程序，需要消耗内存和CPU。

进程和程序的区别：

(1)程序是一组数据指令集合，存储在硬盘空间，是静态的；

(2)进程存储在内存空间，执行过程需要CPU参与（内存+CPU）；

(3)进程具备动态的生命周期，从启动到消亡。

(4)程序运行起来产生一个进程；也可产生多个进程；

(5)在一个进程中也可以执行多个程序。

2)进程的创建

./a.out ----->启动进程

进程在被创建的时候，操作系统会为该进程分配0-4G的虚拟内存空间。

进程是操作系统资源分配的最小单位。

3)进程的调度

CPU调度进程：

宏观并行，微观串行（并发）

并行：多个任务同时执行

CPU调度算法:

1. 时间片轮询算法
2. 先来先服务，后来后服务算法
3. 高优先级优先执行算法
4. 短作业优先算法

4)进程的状态

操作系统进程状态三态图：

Linux操作系统进程状态：

(1)运行态(用户运行态、内核运行态) R

正在执行,且被CPU任务调度所执行的进程

(2)就绪态 R

正在执行,没有CPU任务调度执行的进程（只缺少cpu）

(3)可唤醒等待态 S

也称为睡眠态,阻塞等待资源的进程

(4)不可唤醒等待态 D

不想被CPU任务调度所打断的进程任务可以设置为不可唤醒等待态

(5)暂停态 T

被暂停执行的进程

(6)僵尸态 Z

进程执行结束,空间没有被回收

(7)结束态 X

进程执行结束,空间被回收

5)进程的消亡

进程退出

进程回收

6)进程相关命令

(1)ps -aux

查看操作系统所有进程的相关参数：PID（进程ID号）、创建者、状态、CPU占有率、内存占有率

ps -aux | grep a.out

| 管道：将前面的输出作为后面的输入

grep ：字符串查找

(2)ps -ef

查看操作系统所有进程的相关参数：PID、PPID

父进程：创建新进程的进程是该新进程的父进程

子进程：创建出来的新进程是子进程

PID : Process ID 进程ID号

PPID：父进程ID号

(3)top

动态查看进程状态及CPU占有率、内存占有率

(4)pstree

查看进程间的创建关系（族谱图）

pstree -sp 进程ID

查看指定ID的进程的创建关系

(5)kill

kill -信号名称/信号ID PID

给PID对应的进程发送一个信号

kill -l 查看系统定义出来的信号

kill -9 PID ：结束一个进程

S+ : 处于可中断睡眠状态的前台进程

S: 处于可中断睡眠状态的后台进程

T: 处于暂停态的后台进程

(6)fg 后台进程编号

将后台进程调到前台

jobs ：查看当前后台进程编号

7)进程相关的函数

(1)fork()

子进程：操作系统通过完整拷贝父进程0-3G的用户空间数据到子进程。

内核空间拷贝部分内容：PCB块

PID不拷贝

PPID不拷贝

程序执行的位置

文件管理

注意：

进程共用3G-4G这1G的内核空间；

但各自进程0-3G用户空间互相独立，不能互相通信。

进程间不能直接通信，要通信需要借助内核空间（IPC机制）

pid_t fork(void);

功能：创建新的进程，新进程叫子进程，原来的进程叫父进程

返回值：

成功：父进程中返回子进程的PID号

子进程中返回0

失败：-1，没有新进程被创建

getpid（）：获取当前进程自己的PID号

getppid（）：获取当前进程的父进程的PID号

进程的退出：

进程执行结束退出
主函数中遇到return退出
exit()，exit()、Exit()结束进程
通过信号结束一个进程（kill -9 进程ID）

void exit(int status);

功能：退出一个进程

参数：

status：进程结束时的状态

0：正常退出

！0：因为其他原因退出

void _exit(int status);

void _Exit(int status);

僵尸进程和孤儿进程：

1.僵尸进程：

进程已退出，但其资源空间没有被其父进程回收。

如何避免僵尸进程产生：

由其父进程对僵尸态进程进行回收：wait()、waitpid()
让进程称为孤儿进程，结束后，由操作系统回收。

2.孤儿进程：

父进程先结束，其父进程创建的子进程成为孤儿进程，将会被系统进程所收养，结束后，由系统进程回收。

比如：守护进程

(2)wait()

(3)waitpid()

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

exit

pid_t wait(int *wstatus);

功能：阻塞回收僵尸态的进程资源空间和状态，

参数：

wstatus ：用来存储进程退出时的状态参数

返回值：

成功：回收到的子进程ID号

失败：-1

wait(NULL);

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

功能：回收指定进程的资源

和wait功能相似，比wait更灵活

参数：

pid：

<-1 回收指定进程组内的任意子进程（-100.等待GID=100的进程组中的任意子进程）

-1 回收任意子进程，组内外

0 回收和当前调用waitpid一个组的所有子进程，组内

> 0 回收指定ID的子进程

status 子进程退出时候的状态，

如果不关注退出状态用NULL；

options 选项：

0 表示回收过程会阻塞等待

WNOHANG 表示非阻塞模式回收资源。

返回值：

成功返回接收资源的子进程pid

失败 -1

设定为非阻塞且没有回收到子进程返回0

waitpid如果以阻塞方式回收和wait使用方式一样

如果父进程有任务需要执行，则可以选择waitpid非阻塞方式回收，此时搭配轮询方式实现。

8)exec函数簇

作用：在一个进程中，执行外部的一个可执行程序。

本质：exec将要执行的外部程序替换到了进程的文本区。

int execl(const char *path, const char *arg, ...

/* (char *) NULL */);

参数：

path ：可执行行程序所在路径

"/bin/ls"

arg : 执行可执行程序时，传递的参数。

NULL ：参数的结束标志

返回值：

失败：-1

int execlp(const char *file, const char *arg, ...

/* (char *) NULL */);

功能：执行PATH环境变量保存的路径中的可执行程序

参数：

file ：可执行文件的名称

arg : 执行可执行程序时，传递的参数。

NULL ：参数的结束标志

int execv(const char *path, char *const argv\[\]);

int execvp(const char *file, char *const argv\[\]);

参数：

path ：可执行行程序所在路径

file ：可执行文件的名称

argv ：存放执行可执行程序时传递参数的指针数组

int execle(const char *path, const char *arg, ...

/*, (char *) NULL, char * const envp\[\] */);

int execvpe(const char *file, char *const argv\[\],

char *const envp\[\]);

l ：list--》列表

p ：PATH ：环境变量：保存了系统中已有的可执行程序的存放路径

v ：vector ：容器