进程与信号学习笔记

阳光穿透心脏的1/2处 2022-06-01 11:42 261阅读 0赞

程序如何结束：  
1.正常终止：return,exit,\_exit（这些都是程序中写好的终止）  
2.非正常终止：自己或他人发信号终止程序(当然需要有相应的权限)

atexit注册进程终止处理函数(就是进程在终止时执行的函数)

return exit 函数结束后会调用atexit  
\_exit 不会调用atexit

进程环境  
1.环境变量，也可以理解为进程中的全局变量  
（1）export命令查看环境变量  
（2）进程环境表  
每个进程中都有一份所有环境变量构成的一个表格，也就是说我们当前进程中可以直接使用这些环境变量。  
（3）程序中通过environ全局变量访问环境变量，或者使用getenv这个函数查询环境变量

linux 1G给操作系统（实际用不到1g,空的不会对应到物理内存） 3g给用户进程，意义，进程隔离，多进程同时运行，方便虚拟内存安排（C语言以后不用提供链接脚本，直接就从0开始分配了）。

什么是进程：  
进程就是程序一次运行的过程  
进程控制块PCB，内核中专门用来管理一个进程的数据结构

getpid当前进程  
getppid父进程  
getuid当前用户id(root账户还是啥的)  
geteuid(当前有效用户id)  
getgid（当前用户组id）  
getegid(有效组id)

多进程调用原理  
1.操作系统同时运行多个进程  
2.宏观上并行，微观上串行  
3.实际上现代操作系统最小的调度单元是线程而不是进程

fork创建子进程  
为了减少开销，fork会复制一份父进程，然后再修改复制出来的进程  
fork会返回两次，这是为啥？  
1.当fork以后，有一份父进程，一份子进程，代码段，数据段等都一模一样，然后子进程也会被加入到CPU等待列表中，所以会执行两次，（父进程执行一次，子进程执行一次）  
为啥子进程也从那一点开始执行，因为父进程和子进程一模一样。  
有时候再运行的时候发现父进程已经结束了，所以在子进程运行的时候发现父进程的pid已经改变，变为init进程

父子进程对文件的操作  
子进程继承父进程中打开的文件  
1.现象为接续写，本质是父子进程之间fd对应的文件指针式彼此关联的。  
父子进程各自独立打开同一文件实现共享  
1.父进程open 1.txt,子进程打开1.txt,然后写入，发现父子进程分别写，因为在各自打开的时候，两个进程  
的PCB已经独立了，文件表也独立了。  
2.但是o\_append标志可以把父子进程各自独立打开的fd文件指针给关联起来，实现接续写

进程的诞生和消亡  
进程的诞生  
在用户态中的进程都是fork（或者vfork）出来的  
进程的消亡  
1.正常终止和异常终止  
2.进程在运行时需要消耗系统资源(内存，IO)，进程终止时理应完全释放

僵尸进程  
1.子进程先于父进程结束，而父进程没有结束，没来及回收（如果父进程继续执行，需要执行wait,waitpid）  
2.父进程可以使用wait或waitpid以回收子进程剩余内存资源  
3.子进程先于父进程结束，父进程结束时一样会回收子进程剩余待回收内存资源  
为什么要有这么一种叫法，因为每个进程退出时，操作系统会自动回收这个进程涉及的所有资源  
（譬如open打开的文件没有close在程序终止时也会被关闭回收），但是操作系统只是回收了这个进程工作时消耗的内存和IO，  
而并没有回收这个进程本身占用的内存(8KB,主要task\_strut和栈内存，因为这些不是操作系统负责的，需要别人辅助清理，这个别人就是  
父进程，帮助收尸，所以一个进程必须要有父进程)

孤儿进程  
父进程先于子进程，子进程成为一个孤儿进程  
所有的孤儿进程都自动成为一个特殊的进程（进程1，也就是init进程(ubuntu不是1，它有自己的设计，就不管了)）

父进程wait回收子进程  
wait工作原理  
1.子进程结束时，系统向其父进程发送SIGCHILD信号（SIGCHILD信号就是为了父子进程之间的异步通信）  
2.父进程调用wait函数后阻塞  
3.父进程被SIGCHILD信号唤醒然后去回收僵尸子进程  
4.若父进程没有任何子进程则wait返回错误

waitpid  
1.基本功能一样，都是用来回收子进程  
2.waitpid可以回收指定pid的子进程  
3.waitpid可以阻塞或者非阻塞两种工作模式

exec函数  
1.可以直接在if语句中执行新的程序

execl和execv  
execlp和execvp（可以使用当前环境变量的默认值）  
execle和execvpe（可多加环境变量）

进程状态  
1.进程链表  
2.就绪态链表  
1.就绪态，等待CPU去执行  
2.运行态，在CPU中开始运行  
3.僵尸态，进程已经结束，但父进程还来得及回收  
4.等待态，浅度睡眠（进程等待时可以被唤醒（唤醒一般只信号））或者深度睡眠（进程等待时不能被唤醒，只能等待条件才能结束睡眠），就算给它CPU它也无法运行，它需要一定的条件激活  
5.停止态（暂停态），暂停并不是进程终止，只是被人(信号)暂停了，还可以恢复  
为什么有那么多种状态：  
尽量充分的运用CPU

system函数  
system = fork+exec  
原子操作，原子操作意思就是整个操作一旦开始就不会被打断的执行，即fork+exec中间不夹杂任何别的操作，CPU全给你霸占，不会引来竞争状态

进程关系  
1.无关系  
2.父子进程关系  
3.进程组（group）,好多个进程加起来，为什么要建立组，让关系更密切，好管理（比如组内可查看这个文件，组外的不行）  
4.会话(session)

如何向进程发送信号  
例如：kill -9 xxx 其实就是向进程xxx发送9信号

什么是守护进程  
1.daemon，表示守护进程，简称为d,进程名后面跟着d的都是守护进程，比如kthreadd  
2.长期运行（一般是开机运行直到关机关闭）  
3.与控制台脱离（表现为普通进程如果终端被关闭，则这个终端中运行的所有进程都会被关闭，背后的问题在于会话，所谓的终端其实就是ps以后TTY列就是显示的终端）  
4.服务器，服务器就是一直在运行的程序，譬如nfs服务器给我们提供nfs通信方式。  
5.是用户进程，不是内核程序  
常见守护进程  
1.syslogd，系统日志守护进程，提供syslog功能，使用syslog来记录调试信息  
2.cron，实现我们操作系统的时间管理，实现定时执行程序的功能  
3.暴风影音的一些守护进程，经常向我们推送广告

编写简单守护进程  
1.任何一个进程都可以将自己实现成守护进程  
2.使用create\_daemon（）将进程变成一个守护进程,在main函数中调用  
实现步骤：  
（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，目的就是脱离控制台  
（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,确保进程有最大的文件操作权限  
（5）关闭所有文件描述符,这是清除继承自父进程的垃圾  
（6）将0（表述输入）,1（标准输入）,2（标准输出）定位到/dev/null

void create\_daemon（）  
\{  
pid\_t pid = 0;  
pid = fork();  
if(pid<0)exit(-1);  
if(pid>0)exit(0);//父进程退出  
//子进程干活  
//把我们当前进程设置为新的会话期session  
sid = setsid();  
chdir(“/”);  
umask(0);  
int i =0;  
int xxx = sysconf(\_SC\_OPEN\_MAX);//获取当前操作系统配置信息，记录了很多信息，比如一个进程可以打开的最大文件数，用户可创建最大进程数等  
for(i=0;i=xxx;i++)  
\{  
close(i);  
\}  
//将0,1,2定位到/dev/null,这里表示垃圾堆，回收站  
open(“/dev/null”,O\_RDWR);//0  
open(“/dev/null”,O\_RDWR);//1  
open(“/dev/null”,O\_RDWR);//2

使用syslog（openlog,syslog,closelog）来记录调试信息，比如说守护进程无法在控制台输出，就可以使用这个，  
一般会在/var/log/messages存储,ubuntu在/var/log/syslog文件  
其实这个syslog是通过一个守护文件来执行的，syslogd这个守护进程

让程序不能被多次运行  
1.有时候并不让程序运行多次，比如守护进程就想运行一次。  
2.单例运行功能  
实现方法  
1.用一个文件的存在与否来做标志，然后在运行程序时去创建这个文件，然后结束时删掉这个文件。

进程之间的通信（IPC）  
1.同一进程的通信  
（1）同一个进程在一个地址空间中，同一个进程的不同模块，不同函数，不同文件都是简单的通信，很多时候都是用全局变量，函数传参的方式  
（2）2个不同的进程处于不同的地址空间（为了进程安全，这样有好处也有坏处），因此要互相通信很难。

通信机制  
1.无名管道和有名管道  
2.SystemV（一种Unix内核） IPC:信号量，消息队列，共享内存  
3.Socket域套接字(BSD内核)  
4.信号

无名管道（一般直接称为管道）  
1.原理：管道其实就是内核维护的一块内存，有读端和写端(管道是单向通信的)  
2.通信方法:父进程创建管道后fork子进程，子进程继承父进程管道fd  
3.通信的限制:只能在父子进程间通信，半双工  
4.管道用到的函数:pipe(创建管道),write,read,close  
管道不是内存吗？内存不是允许随便读吗？为什么读了一次以后就没了  
因为管道有这样的机制，机制的原因，只能读一次

有名管道（fifo）  
解决无名管道问题，可以在不是父子进程中进行通信  
1.原理:实质也是一块内核维护的内存，表现形式为一个有名的文件（真的文件，该文件映射到维护的内存）  
2.通信方法：固定一个文件名,2个进程分别使用mkfifo创建fifo文件，然后分别open打开  
获取到fd,然后一个读一个写  
3.通信的限制:半双工  
4.使用的函数：mkfifo,open,write,read,close

SystemV IPC  
特点:  
1.系统通过一些专用API来提供SystemV IPC功能  
2.分为:信号量，消息队列，共享内存(通过这3种方法实现进程通信，为什么不统一一种，因为都不一样，都有自己的实地用法)  
3.其实质也是内核提供的公共内存  
信号量（小信息交换）:  
1.实质就是一个计数器(其实就是一个可以用来计数的变量，可以理解为2进程共享int a,a++)  
2.主要用来通过计数值来提供互斥和同步  
消息队列（合适用来广播，一对一单播）：  
1.本质上是一个队列，可以理解为fifo。  
2.工作时A和B2个进程进行通信，A向队列放入消息，B从队列中读出消息  
共享内存（用于大容量的信息交换，例如传递图像信息）  
1.大片内存直接映射（例如将图片在内存共享，通过虚拟地址到物理地址的映射，映射到同一块物理内存）  
2.类似于LCD显示时的显存用法  
剩余的2类IPC  
1.信号  
2.Unix域套接字 socket

什么是信号  
1.信号的目的：用来通信，是一种通信途径  
2.信号是异步的  
3.信号本质是int型数字编码(事先定义好的，比1表示什么，2表示什么)，所以信号发送的内容很受限，不可能是文字，图片这些  
在进程表的表现中有一个软中断信号域，该域中每一位对应一个信号，当有信号发送给进程时，对应位置位。由此可以看出，进程对不用的信号可以同时保留，但对于同一个信号，进程并不知道在处理之前来过多少次。（可能在\_eprocess中找到）

信号由谁发出  
1.用户在终端按下按键  
2.硬件异常后由操作系统内核发出信号  
3.用户使用kill 命令向其它进程发出信号  
4.某种软件条件满足后也会发出信息，如alarm闹钟时间到会产生sigalarm信号(其实也是内核发出的)

信号由谁处理，如何处理  
发给哪个进程，哪个进程处理  
1.忽略信号  
2.捕获信号（信号绑定了一个函数）  
3.默认处理（忽略或者终止进程）

常见信号介绍  
1.SIGINT 2 Ctrl+C时OS送给前台进程（后台进程就不行）组中每个进程  
2.SIGABRY 6 调用abort函数，进程异常终止  
3.SIGPOLL SIGIO 8 指示一个异步IO事件  
4.SIGKILL 9 杀死进程的终极办法(进程无法拒绝这个进程)  
5.SIGSEGV 11 无效存储访问(比如强势修改代码段，错误内存访问等等)时OS发出该信息  
6.SIGPIPE 13 涉及管道和socket  
7.SIGALATM 14 涉及alarm函数的实现  
8.SIGTERM 15 kill命令发送的OS默认终止信号  
9.SIGCHLD 17 子进程终止或停止时OS向其父进程发此信号，比如说父进程wait子进程，当子进程结束的时候就发送这个信号告诉父进程  
10.  
SIGUSR1 10 用户自定义信号，作用和意义由应用自己定义  
SIGUSR2

进程对信号的处理  
例如用signal函数处理sigint,但考虑到移植性性或者各个版本不一样时，使用sigaction函数代替  
typedef void (\*sighandler\_t)(int)  
void func(int sig)  
\{  
printf（”func for signal %d\\n”,sig）  
\}  
int main()  
\{  
//虽然定义了处理方法，但原本的关闭进程就没了，这函数的返回值是上一个func函数指针  
sighandler\_t ret = (sighandler\_t)-2  
ret = signal(SIGINT,func)  
//signal(SIGINT,SIG\_DEL)  
//signal(SIGINT,SIG\_IGN)  
while(1)  
\}

闹钟函数alarm,时间到了会回给你一个SIGALRM的信号  
pause函数让程序停止，不浪费CPU