Linux编程——多进程程序设计

本文学习Linux环境下的多进程编程，在我之前的文章里已经讲过进程与线程。本文，再简单讲一下进程的概念，方便接下来的学习。

进程定义：进程是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动。

进程状态图：

Linux编程——多进程程序设计

当一个进程刚创建时一般处于就绪态，当就绪态的进程经过调度程序的调度将会占有CPU，这时候就会处于执行态，进程的运行过程中进行I/O操作，想要从设备读取数据，而此时又无数据可读，这是进程有执行态转换为阻塞态，当有数据来之后，I/O操作完成，进程又由阻塞态转变为就绪态。

进程 ID

进程 ID（PID）：标识进程的唯一数字

父进程的 ID（PPID）

启动进程的用户 ID（UID）

进程互斥

进程互斥是指当有若干进程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多允许一个进程使用，其他要使用该资源的进程必须等待，直到占有该资源者释放了该资源为止。

临界资源

操作系统中将一次只允许一个进程访问的资源称为临界资源。

临界区

进程中访问临界资源的那段程序代码称为临界区。为实现对临界资源的互斥访问，应保证诸进程互斥地进入进入各自的临界区。

进程同步

一组并发进程按一定的顺序执行的过程称为进程间的同步。具有同步关系的一组并发进程称为合作进程，合作进程间互相发送的信号称为消息或事件。

进程调度

概念：按一定算法，从一组待运行的进程中选出一个来占有CPU运行时间。

调度方式：抢占式和非抢占式。

调度算法：先来先服务调度算法，短进程优先调度算法，高优先级优先调度算法，时间片轮转算法。

获取进程 ID

获取本进程 ID：pid_t getpid(void)

获取父进程 ID：pid_t getppid(void)

示例代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
	printf("PID=%d\n",getpid());
	printf("PPID=%d\n",getppid());
	return 0;
}

进程创建—fork

需要包含头文件：#include<unistd.h>

函数调用：pid_t fork(void)

函数功能：创建子进程。fork 被调用一次，返回两次，它可能有三种不同的返回值：1.在父进程中，fork 返回新创建的子进程的 PID；2.在子进程中，fork 返回0；3.如果出现错误，fork 返回一个负值。

示例代码：

int main()
{
	pid_t child;
	/* 创建子进程 */
	if((child=fork())==-1)
	{
		printf("Fork Error : %s\n", strerror(errno));
		exit(1);
	}
	else 
	{
		if(child==0) // 子进程
		{
			printf("I am the child: %d\n", getpid());
			exit(0);
		}
		else          //父进程
		{
			printf("I am the father:%d\n",getpid());
			return 0;
		}
	}
}

进程创建—vfork

需要包含头文件：#include<sys/types.h>，#include<unistd.h>

函数调用：pid_t vfork(void)

函数功能：创建子进程

示例代码：

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <math.h>

int main(void)
{
	pid_t child;

	/* 创建子进程 */
	if((child=vfork())==-1)
	{
		printf("Fork Error : %s\n", strerror(errno));
		exit(1);
	}
	else 
	{
		if(child==0) // 子进程
		{
			sleep(1); //子进程睡眠一秒
			printf("I am the child: %d\n", getpid());
			exit(0);
		}
		else        //父进程
		{
			printf("I am the father:%d\n",getpid());
			exit(0);
		}
	}
}

fork 和 vfork 的区别

fork：子进程拷贝父进程的数据段，且父、子进程的执行次序不确定

vfork：子进程与父进程共享数据段，子进程先运行，父进程后运行

exec 函数族

exec 用被执行的程序替换调用它的程序。也就是说 exec 启动一个新程序，替换原有的进程，因此进程的 PID 不会改变。

需要包含头文件：#include<unistd.h>

函数调用：int execl(const char *path,const char *arg1,...)

参数：path：被执行程序名（含完整路径）；arg1-argn：被执行程序所需的命令行参数，含程序名。以空指针（NULL）结束

示例代码：使用 execl 函数在程序内部调用可执行程序创建一个文件。

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
    /*判断入参有没有传入文件名*/
	if(argc<2)
	{
	    perror("you haven,t input the filename,please try again!\n");
		exit(EXIT_FAILURE);

	}
	/*调用execl函数，用可执行程序file_creat替换本进程*/
	if(execl("./file_creat","file_creat",argv[1],NULL)<0)
		perror("execl error!");
}

函数调用：int execv(const char *path,const char *argv[ ])

参数：path：被执行程序名（含完整路径）。argv[ ]：被执行程序所需的命令行参数数组。

示例代码：

#include<unistd.h>

int main()
{
	char *argv[]={"ls","-al","/etc/passwd",(char *)0};
	execv("/bin/ls",argv);
	return 0;
}

进程等待

需要包含头文件：#include<sys/types.h>，#include<sys/wait.h>

函数调用：pid_t wait(int *status)

功能：阻塞该进程，直到某个子进程退出。

示例代码：

int main(void)
{
	pid_t child;

	/* 创建子进程 */
	if((child=fork())==-1)
	{
		printf("Fork Error : %s\n", strerror(errno));
		exit(1);
	}
	else 
	{
		if(child==0) // 子进程
		{
			printf("the child process is run\n");
			sleep(1);  //子进程睡眠一秒，但并没有去运行父进程
			printf("I am the child: %d\n", getpid());
			exit(0);
		}
		else        //父进程
		{
			wait(NULL); //等到子进程退出，父进程才会运行
			printf("the father process is run\n");
			printf("I am the father:%d\n",getpid());
			return 0;
		}
	}
}

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