一、進程相關概念

1.什么是進程

程序：靜態的，編譯好的可執行文件，存放在磁盤中的指令和數據的集合

進程：動態的，是程序的一次執行過程，是獨立的可調度的任務

2.進程的特點

（1）對32位系統，系統會為每個進程分配0~4G的虛擬空間，其中，0~3G（用戶空間）是每個進程獨有的，3~4G（內核空間）是所有進程共有

? ??? 進程間通信：通過內核空間

(2)? CPU調度進程時會給進程分配時間片(幾毫秒~十幾毫秒)，當時間片用完后，cpu再進行其他進程的調度，實現進程的輪轉，從而實現多任務的操作。(沒有外界干預的情況下怎么調度進程是CPU隨機分配的 )

（3）進程控制塊task_struct(了解)

●?進程控制塊pcb:包含描述進程的相關信息

●?進程標識PID：唯一的標識一個進程

????????????????主要進程標識：

????????????????進程號（PID: Process Identity Number）

????????????????父進程號：（Parent Process ID: PPID）

●?進程用戶

●?進程狀態、優先級

●?文件描述符（記錄當前進程打開的文件）

3.進程段

4.進程分類

?交互進程：該類進程是由shell控制和運行的。交互進程既可以在前臺運行，也可以在后臺運行。?該類進程經常與用戶進行交互，需要等待用戶的輸入，當接收到用戶的輸入后，該類?進程會立刻響應，典型的交互式進程有：shell命令進程、文本編輯器等

批處理進程：該類進程不屬于某個終端，它被提交到一個隊列中以便順序執行。

?5.進程狀態

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

6. 進程狀態切換

? ? ? ? ? ?

?7.進程相關命令

?補充：根據進程的優先級進行調度，優先級高的進程先執行。

兩種類型：

1.? 非剝奪式（非搶占式）優先級調度算法。當一個進程正在處理上運行時，即使有某個更為重要或緊迫的進程進入就緒隊列，仍然讓正在進行的進程繼續運行，直到由于其自身原因而主動讓出處理機（任務完成或等待事件），才把處理機分配給更為重要或緊迫的進程。

2.? 剝奪式（搶占式）優先級調度算法。當一個進程正在處理機上運行時，若有某個更為重要或緊迫的進程進入就緒隊列，則立即暫停正在運行的進程，將處理機分配給更重要或緊迫的進程。

二、進程函數接口

 #include <sys/types.h>#include <unistd.h>/*
功能：創建子進程參數：無返回值：   成功：父進程-->返回子進程進程號子進程-->返回0失敗：父進程-->返回-1，并設置errno子進程并未創建*/
pid_t fork(void);

fork函數特點：

1）子進程幾乎拷貝了父進程的全部內容。包括代碼、數據、系統數據段中的pc值、棧中的數據、父進程中打開的文件等；但它們的PID、PPID是不同的。

2）父子進程有獨立的地址空間，互不影響；當在相應的進程中改變全局變量、靜態變量，都互不影響。

3）若父進程先結束，子進程成為孤兒進程，被init進程收養，子進程變成后臺進程。

4）若子進程先結束，父進程如果沒有及時回收資源，子進程變成僵尸進程（要避免僵尸進程產生）

2.回收資源wait()

 #include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>/*
功能：回收進程資源（是一個阻塞函數）參數：子進程的退出狀態，不接受子進程狀態的話就將參數設為NULL返回值：成功 ---> 返回子進程的進程號失敗--->返回-1*/pid_t wait(int *wstatus);

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>/*
功能：回收進程資源（是一個阻塞函數）參數： pid：>0  指定某一個子進程=-1 任意子進程=0  等待其組ID等于調用進程的組ID的任一子進程<-1  等待其組ID等于pid的絕對值的任一子進程status:子進程退出狀態options：0 阻塞  WNOHANG 非阻塞返回值： 成功：當options的值設置成 0時：返回結束的子進程的進程號當options的值設置成WNOHANG時若此時子進程已經結束，返回結束的子進程的進程號若此時子進程已經結束，返回 0失敗：返回-1*/pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);

wait(NULL)? ?<==>? wait(-1,NULL,0)

3.結束進程exit()

參數：status是一個整型的參數，可以利用這個參數傳遞進程結束時的狀態。通常0表示正常結束；
其他的數值表示出現了錯誤，進程非正常結束#include <stdlib.h>
void exit(int status);
功能：結束進程，刷新緩存#include <unistd.h>
void _exit(int status);
功能：結束進程，不刷新緩存

?常用：exit(0)

4.獲取進程號getpid()

 #include <sys/types.h>#include <unistd.h>pid_t getpid(void);
功能：獲取當前進程的進程號
pid_t getppid(void);
功能：獲取當前進程的父進程號

在父進程中獲取子進程的PID? ：通過fork()的返回值?

????????

三、進程間通信 （IPC）

?1.通信方式介紹：

• 早期的進程間通信：無名管道（pipe） 有名管道（fifo）信號（signal）
• system V IPC:? ?共享內存 （share memory） 消息隊列（message queue) 信號集（semaphore set）
• BSD: 套接字（socket）

2.無名管道

?????????????? ? ? ?

特點：

(1)? 只能用于具有親緣關系的進程之間的通信

(2)? 半雙工的通信模式，具有固定的讀端fd[0]和寫端fd[1]。

(3)? 無名管道可以看成是一種特殊的文件（實際是找不到這個文件的），對于它的讀寫可以使用文件IO如read、write函數進行操作。

(4)? 管道是基于文件描述符的通信方式。當一個管道建立時，它會創建兩個文件描述符 fd[0]和fd[1]。其中fd[0]固定用于讀管道，而fd[1]固定用于寫管道。

函數接口：?

int pipe(int fd[2])
功能：創建無名管道
參數：文件描述符 fd[0]：讀端  fd[1]:寫端
返回值：成功 0失敗 -1

3.有名管道

特點：

1)? 有名管道可以使互不相關的兩個進程互相通信。

2)? 有名管道可以通過路徑名來指出，并且在文件系統中可見，但內容存放在內存中。但是讀寫數據不會存在文件中，而是在管道中，也就是內核空間中。

3)? 進程通過文件IO來操作有名管道

4)? 不支持如lseek() 操作

5)? 有名管道遵循先進先出規則

?函數接口：

/*
功能：創健有名管道
參數：filename：有名管道文件名mode：權限
返回值：成功：0失敗：-1，并設置errno號*/int mkfifo(const char *filename,mode_t mode);

4.信號

?kill -l? ：查看系統中的信號

kill -num PID ：給某個進程發信號

4.1概念：

• 信號是軟件層面上對中斷機制的一種模擬，是一種異步通信模式。
• 信號可以直接進行用戶空間進程和內核進程之間的交互，內核進程也可以利用它來通知用戶空間進程發生了哪些系統事件。
• 如果該進程當前并未處于執行態，則該信號就由內核保存起來，直到該進程恢復執行再傳遞給它；如果一個信號被進程設置為阻塞，則該信號的傳遞被延遲，直到其阻塞被取消時才被傳遞給進程。

4.2信號的響應方式

• 忽略信號 ：對信號不做任何處理，但是有兩個信號不能忽略：即SIGKILL及SIGSTOP。
• 捕捉信號：定義信號處理函數，當信號發生時，執行相應的處理函數
• 執行缺省操作：Linux對每種信號都規定了默認操作

4.3信號種類

4.4函數接口

?（1）信號的發送kill()和掛起 pause()

#include <sys/types.h>
#include <signal.h>
/*
功能：信號發送
參數：pid：指定進程sig：要發送的信號
返回值：成功 0     失敗 -1*/int kill(pid_t pid, int sig);

#include <signal.h>
/*
功能：進程向自己發送信號
參數：sig：信號
返回值：成功 0   失敗 -1*/int raise(int sig);

? ? ? ?注意：? ?? raise( sig )? <==> kill ( getpid() , sig )

#include <unistd.h>/*功能：用于將調用進程掛起(類似于死循環且不占用CPU資源)，直到收到被捕獲處理的信號為止。*/
int pause(void);

?注意：若程序中有使用signal的捕捉信號自定義函數處理時，pause接收到被捕獲處理的信號以后會結束掛起

?（2）定時器alarm()

 #include <unistd.h>/*
功能：在進程中設置一個定時器。當定時器指定的時間到了時，它就向進程發送SIGALARM信號。
參數：seconds：定時時間，單位為秒
返回值：如果調用此alarm()前，進程中已經設置了鬧鐘時間，則返回上一個鬧鐘時間的剩余時間，否則返回0。*/
unsigned int alarm(unsigned int seconds);

注意：

1）一個進程只能有一個鬧鐘時間。如果在調用alarm時已設置過鬧鐘時間，則之前的鬧鐘時間被新值所代替。

2）系統默認對SIGALRM(鬧鐘到點后內核發送的信號)信號的響應： 如果不對SIGALRM信號進行捕捉或采取措施，默認情況下，鬧鐘響鈴時刻會退出進程(程序非正常結束，要注意刷新問題！！)。

3）常用操作：取消定時器alarm(0)，返回舊鬧鐘余下秒數。

4）alarm是非阻塞函數

?（3）信號處理函數signal()

 #include <signal.h>/*
功能：信號處理函數參數：signum：要處理的信號handler：信號處理方式忽略信號 (SIG_IGN)執行默認操作 (SIG_DFL)捕捉信號并執行自定義操作 (自定義函數名)返回值：成功：設置之前的信號處理方式失敗：-1*/sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

補充：

sighandler_t? 是一個 函數指針 的重命名 （該指針指向的函數是一個 無返回值，形參為一個整型的類型函數）

?typedef void (*sighandler_t)(int);??

5. 共享內存

5.1特點

?

5.2步驟

(1)? 創建key值

(2)? 創建或打開共享內存

(3)? 映射共享內存到用戶空間

(4)? 撤銷映射

(5)? 刪除共享內存

?5.3函數接口

（1）創建key值

使用pathname提供的文件的inode號和字符的ASCII碼值通過某種計算方法得到key值

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
/*
功能：創建出來的具有唯一映射關系的一個key值，幫助操作系統用來標識一塊共享內存
參數：Pathname：已經存在的可訪問文件的名字Proj_id：一個字符（因為只用低8位,一個字符正好是8位）返回值：成功：key值失敗：-1*/key_t ftok(const char *pathname, int proj_id);

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>/*
功能：創建或打開共享內存
參數：key  鍵值size   共享內存的大小shmflg   IPC_CREAT|IPC_EXCL|0777
返回值：成功  返回共享內存號 shmid出錯或共享內存已存在    -1*/int shmget(key_t key, size_t size, int shmflg);

?注意：shmget()?出錯或共享內存已存在都返回?-1，因此，要在容錯判斷中在加一次判斷，使用系統定義的file exist錯誤號進行判斷

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>/*
功能：映射共享內存，即把指定的共享內存映射到進程的地址空間用于訪問
參數：shmid   共享內存的id號shmaddr   一般為NULL，表示由系統自動完成映射如果不為NULL，那么有用戶指定shmflg：SHM_RDONLY就是對該共享內存只進行讀操作0     可讀可寫
返回值：成功：完成映射后的地址，出錯：-1（地址）*/void  *shmat(int  shmid,const  void  *shmaddr,int  shmflg); 

#include <sys/types.h>
#include <sys/shm.h>
/*
功能：取消映射
參數：要取消的地址
返回值：成功0  失敗的-1*/int shmdt(const void *shmaddr);

#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
/*功能：(刪除共享內存)，對共享內存進行各種操作
參數：shmid   共享內存的id號cmd     IPC_STAT 獲得shmid屬性信息，存放在第三參數IPC_SET 設置shmid屬性信息，要設置的屬性放在第三參數IPC_RMID:刪除共享內存，此時第三個參數為NULL即可buf    shmid所指向的共享內存的地址,空間被釋放以后地址就賦值為null
返回：成功0 失敗-1*/int  shmctl(int  shmid,int  cmd,struct shmid_ds *buf); 

int semget(key_t key, int nsems, int semflg);
功能：創建/打開信號燈
參數：key：ftok產生的key值nsems：信號燈集中包含的信號燈數目semflg：信號燈集的訪問權限，通常為IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
返回值：成功：信號燈集ID失敗：-1int semctl ( int semid, int semnum,  int cmd…/*union semun arg*/);
功能：信號燈集合的控制（初始化/刪除）
參數：semid：信號燈集IDsemnum: 要操作的集合中的信號燈編號，信號燈編號從0開始cmd： GETVAL：獲取信號燈的值，返回值是獲得值SETVAL：設置信號燈的值，需要用到第四個參數：共用體IPC_RMID：從系統中刪除信號燈集合
返回值：成功 0失敗 -1
用法：
1. 初始化信號燈集：
需要自定義共用體
union semun{int val;
} mysemun;
mysemun.val = 10;
semctl(semid, 0, SETVAL, mysemun);2. 獲取信號燈值：函數semctl(semid, 0, GETVAL)的返回值
3. 刪除信號燈集：semctl(semid, 0, IPC_RMID);int semop ( int semid, struct sembuf  *opsptr,  size_t  nops);
功能：對信號燈集合中的信號量進行PV操作
參數：semid：信號燈集IDopsptr:操作方式nops:  要操作的信號燈的個數 1個
返回值：成功 ：0失敗：-1
struct sembuf {short  sem_num; // 要操作的信號燈的編號short  sem_op;  //    0 :  等待，直到信號燈的值變成0//   1  :  釋放資源，V操作//   -1 :  申請資源，P操作                    short  sem_flg; // 0（阻塞）,IPC_NOWAIT, SEM_UNDO
};用法：
申請資源 P操作：mysembuf.sem_num = 0;mysembuf.sem_op = -1;mysembuf.sem_flg = 0;semop(semid, &mysembuf, 1);
釋放資源 V操作：mysembuf.sem_num = 0;mysembuf.sem_op = 1;mysembuf.sem_flg = 0;semop(semid, &mysembuf, 1);

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>/*
功能：創建或打開一個消息隊列
參數：  key值flag：創建消息隊列的權限IPC_CREAT|IPC_EXCL|0666
返回值：成功：msgid失敗：-1*/int msgget(key_t key, int flag);

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>/*
功能：添加消息
參數：msqid：消息隊列的IDmsgp：指向消息的指針。常用消息結構msgbuf如下：struct msgbuf{long mtype;          //消息類型char mtext[N]}；     //消息正文size：發送的消息正文的字節數flag：IPC_NOWAIT消息沒有發送完成函數也會立即返回    0：直到發送完成函數才返回 (阻塞等待)
返回值：成功：0失敗：-1*/int msgsnd(int msqid, const void *msgp, size_t msgsz, int msgflg);

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>/*
功能：讀取消息
參數：msgid：消息隊列的IDmsgp：存放讀取消息的空間size：接受的消息正文的字節數(sizeof(msgp)-sizeof(long))msgtype：0：接收消息隊列中第一個消息。大于0：接收消息隊列中第一個類型為msgtyp的消息.小于0：接收消息隊列中類型值不小于msgtyp的絕對值且類型值又最小的消息。flag：0：若無消息函數會一直阻塞IPC_NOWAIT：若沒有消息，進程會立即返回ENOMSG返回值：成功：接收到的消息的長度失敗：-1*/ssize_t msgrcv(int msqid, void *msgp, size_t msgsz, long msgtyp,int msgflg);

#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/msg.h>/*
功能：對消息隊列的操作，刪除消息隊列
參數：msqid：消息隊列的隊列IDcmd：IPC_STAT：讀取消息隊列的屬性，并將其保存在buf指向的緩沖區中。IPC_SET：設置消息隊列的屬性。這個值取自buf參數。IPC_RMID：從系統中刪除消息隊列。buf：消息隊列緩沖區
返回值：成功：0失敗：-1
*/int msgctl ( int msgqid, int cmd, struct msqid_ds *buf );