Linux进程全解（二）

时间：2022-01-18 01:16:52

1.exec族函数及实战1

 

为什么需要exec函数

(1)fork子进程是为了执行新程序(fork创建了子进程后，子进程和父进程同时被OS调度执行，因此子进程可以单独的执行一个程序，这个程序宏观上将会和父进程程序同时进行)
(2)可以直接在子进程的if中写入新程序的代码。这样可以，但是不够灵活，因为我们只能把子进程程序的源代码贴过来执行（必须知道源代码，而且源代码太长了也不好控制），譬如说我们希望子进程来执行ls -la 命令就不行了（没有源代码，只有编译好的可执行程序）
(3)使用exec族运行新的可执行程序（exec族函数可以直接把一个编译好的可执行程序直接加载运行）

2.exec族的6个函数介绍

(1)execl和execv     这两个函数是最基本的exec，都可以用来执行一个程序，区别是传参的格式不同。execl是把参数列表（本质上是多个字符串，必须以NULL结尾）依次排列而成（l其实就是list的缩写），execv是把参数列表事先放入一个字符串数组中，再把这个字符串数组传给execv函数。
(2)execlp和execvp    这两个函数在上面2个基础上加了p，较上面2个来说，区别是：上面2个执行程序时必须指定可执行程序的全路径（如果exec没有找到path这个文件则直接报错），而加了p的传递的可以是file（也可以是path，只不过兼容了file。加了p的这两个函数会首先去找file，如果找到则执行执行，如果没找到则会去环境变量PATH所指定的目录下去找，如果找到则执行如果没找到则报错）
(3)execle和execvpe    这两个函数较基本exec来说加了e，函数的参数列表中也多了一个字符串数组envp形参，e就是environment环境变量的意思，和基本版本的exec的区别就是：执行可执行程序时会多传一个环境变量的字符串数组给待执行的程序。
 

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



int main(void)
{
	pid_t pid = -1;
	pid_t ret = -1;
	int status = -1;
	
	pid = fork();
	if (pid > 0)
	{
		// 父进程
		printf("parent, 子进程id = %d.\n", pid);
	}
	else if (pid == 0)
	{
		// 子进程
		//execl("/bin/ls", "ls", "-l", "-a", NULL);		// ls -l -a
		//char * const arg[] = {"ls", "-l", "-a", NULL};
		//execv("/bin/ls", arg);
		
		//execl("hello", "aaa", "bbb", NULL);
		//char * const arg[] = {"aaa", "bbb", NULL};
		//execv("hello", arg);
		
		//execlp("ls", "ls", "-l", "-a", NULL);	
		char * const envp[] = {"AA=aaaa", "XX=abcd", NULL};
		execle("hello", "hello", "-l", "-a", NULL, envp);
		
		return 0;
	}
	else
	{
		perror("fork");
		return -1;
	}
	
	return 0;
}

exec族函数及实战2

execlp和execvp

(1)加p和不加p的区别是：不加p时需要全部路径+文件名，如果找不到就报错了。加了p之后会多帮我们到PATH所指定的路径下去找一下。
 

execle和execvpe

(1)main函数的原型其实不止是int main(int argc, char **argv)，而可以是
int main(int argc, char **argv, char **env)    第三个参数是一个字符串数组，内容是环境变量。
(2)如果用户在执行这个程序时没有传递第三个参数，则程序会自动从父进程继承一份环境变量（默认的，最早来源于OS中的环境变量）；如果我们exec的时候使用execlp或者execvpe去给传一个envp数组，则程序中的实际环境变量是我们传递的这一份（取代了默认的从父进程继承来的那一份）

3..进程状态和system函数

进程的5种状态

(1)就绪态。这个进程当前所有运行条件就绪，只要得到了CPU时间就能直接运行。
(2)运行态。就绪态时得到了CPU就进入运行态开始运行。
(3)僵尸态。进程已经结束但是父进程还没来得及回收
(4)等待态（浅度睡眠&深度睡眠），进程在等待某种条件，条件成熟后可进入就绪态。等待态下就算你给他CPU调度进程也无法执行。浅度睡眠等待时进程可以被（信号）唤醒，而深度睡眠等待时不能被唤醒只能等待的条件到了才能结束睡眠状态。
(5)暂停态。暂停并不是进程的终止，只是被被人（信号）暂停了，还可以回复的。
 

进程各种状态之间的转换图

Linux进程全解（二）

4.system函数简介

(1)system函数 = fork+exec
(1)原子操作。原子操作意思就是整个操作一旦开始就会不被打断的执行完。原子操作的好处就是不会被人打断（不会引来竞争状态），坏处是自己单独连续占用CPU时间太长影响系统整体实时性，因此应该尽量避免不必要的原子操作，就算不得不原子操作也应该尽量原子操作的时间缩短。
(2)使用system调用ls

5.进程关系

(1)无关系
(2)父子进程关系
(3)进程组（group）由若干进程构成一个进程组
(4)会话（session）会话就是进程组的组

6.守护进程的引入

进程查看命令ps

(1)ps -ajx    偏向显示各种有关的ID号
(2)ps -aux    偏向显示进程各种占用资源
3.4.13.2、向进程发送信号指令kill
(1)kill -信号编号 进程ID，向一个进程发送一个信号
(2)kill -9 xxx，将向xxx这个进程发送9号信号，也就是要结束进程
3.4.13.3、何谓守护进程
(1)daemon，表示守护进程，简称为d（进程名后面带d的基本就是守护进程）
(2)长期运行（一般是开机运行直到关机时关闭）
(3)与控制台脱离（普通进程都和运行该进程的控制台相绑定，表现为如果终端被强制关闭了则这个终端中运行的所有进程都被会关闭，背后的问题还在于会话）
(4)服务器（Server），服务器程序就是一个一直在运行的程序，可以给我们提供某种服务（譬如nfs服务器给我们提供nfs通信方式），当我们程序需要这种服务时我们可以调用服务器程序（和服务器程序通信以得到服务器程序的帮助）来进程这种服务操作。服务器程序一般都实现为守护进程。

常见守护进程

(1)syslogd，系统日志守护进程，提供syslog功能。
(2)cron，cron进程用来实现操作系统的时间管理，linux中实现定时执行程序的功能就要用到cron。

编写简单守护进程

  • 任何一个进程都可以将自己实现成守护进程
  • create_daemon函数要素

(1)子进程等待父进程退出
(2)子进程使用setsid创建新的会话期，脱离控制台
(3)调用chdir将当前工作目录设置为/
(4)umask设置为0以取消任何文件权限屏蔽
(5)关闭所有文件描述符
(6)将0、1、2定位到/dev/null

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>


void create_daemon(void);


int main(void)
{
	create_daemon();
	
	
	while (1)
	{
		printf("I am running.\n");
		
		sleep(1);
	}
	
	return 0;
}


// 函数作用就是把调用该函数的进程变成一个守护进程
void create_daemon(void)
{
	pid_t pid = 0;
	
	pid = fork();
	if (pid < 0)
	{
		perror("fork");
		exit(-1);
	}
	if (pid > 0)
	{
		exit(0);		// 父进程直接退出
	}
	
	// 执行到这里就是子进程
	
	// setsid将当前进程设置为一个新的会话期session，目的就是让当前进程
	// 脱离控制台。
	pid = setsid();
	if (pid < 0)
	{
		perror("setsid");
		exit(-1);
	}
	
	// 将当前进程工作目录设置为根目录
	chdir("/");
	
	// umask设置为0确保将来进程有最大的文件操作权限
	umask(0);
	
	// 关闭所有文件描述符
	// 先要获取当前系统中所允许打开的最大文件描述符数目
	int cnt = sysconf(_SC_OPEN_MAX);
	int i = 0;
	for (i=0; i<cnt; i++)
	{
		close(i);
	}
	
	open("/dev/null", O_RDWR);
	open("/dev/null", O_RDWR);
	open("/dev/null", O_RDWR);

}

使用syslog来记录调试信息

函数原型：openlog、syslog、closelog（man 函数查看）

(1)一般log信息都在操作系统的/var/log/messages这个文件中存储着，但是ubuntu中是在/var/log/syslog文件中的。

syslog的工作原理

(1)操作系统中有一个守护进程syslogd（开机运行，关机时才结束），这个守护进程syslogd负责进行日志文件的写入和维护。
(2)syslogd是独立于我们任意一个进程而运行的。我们当前进程和syslogd进程本来是没有任何关系的，但是我们当前进程可以通过调用openlog打开一个和syslogd相连接的通道，然后通过syslog向syslogd发消息，然后由syslogd来将其写入到日志文件系统中。
(3)syslogd其实就是一个日志文件系统的服务器进程，提供日志服务。任何需要写日志的进程都可以通过openlog/syslog/closelog这三个函数来利用syslogd提供的日志服务。这就是操作系统的服务式的设计。

#include <stdio.h>
#include <syslog.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>


int main(void)
{
	printf("my pid = %d.\n", getpid());
	
	
	openlog("b.out", LOG_PID | LOG_CONS, LOG_USER);
	
	syslog(LOG_INFO, "this is my log info.%d", 23);
	
	
	syslog(LOG_INFO, "this is another log info.");
	syslog(LOG_INFO, "this is 3th log info.");
	
	closelog();
}

7.让程序不能被多次运行

  • 问题

(1)因为守护进程是长时间运行而不退出，因此./a.out执行一次就有一个进程，执行多次就有多个进程。
(2)这样并不是我们想要的。我们守护进程一般都是服务器，服务器程序只要运行一个就够了，多次同时运行并没有意义甚至会带来错误。
(3)因此我们希望我们的程序具有一个单例运行的功能。意思就是说当我们./a.out去运行程序时，如果当前还没有这个程序的进程运行则运行之，如果之前已经有一个这个程序的进程在运行则本次运行直接退出（提示程序已经在运行）。

实现方法：

(1)最常用的一种方法就是：用一个文件的存在与否来做标志。具体做法是程序在执行之初去判断一个特定的文件是否存在，若存在则标明进程已经在运行，若不存在则标明进程没有在运行。然后运行程序时去创建这个文件。当程序结束的时候去删除这个文件即可。
(2)这个特定文件要古怪一点，确保不会凑巧真的在电脑中存在的。
 

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>


#define FILE	"/var/aston_test_single"
void delete_file(void);

int main(void)
{
	// 程序执行之初，先去判断文件是否存在
	int fd = -1;
	fd = open(FILE, O_RDWR | O_TRUNC | O_CREAT | O_EXCL, 0664);
	if (fd < 0)
	{
		if (errno == EEXIST)
		{
			printf("进程已经存在，并不要重复执行\n");
			return -1;
		}
	}
	
	atexit(delete_file);			// 注册进程清理函数
	
	int i = 0;
	for (i=0; i<10; i++)
	{
		printf("I am running...%d\n", i);
		sleep(1);
	}

	return 0;
}


void delete_file(void)
{
	remove(FILE);
}

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