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Linux系统进程

news 来源：原创 2025/9/4 5:23:22

Linux系统进程

程序开始

编译链接的引导代码
操作系统下的应用程序在main执行前也需要先执行段引导代码才能去执行main，但写应用程序时不用考虑引导代码的问题，编译连接时（准确说是链接时）由链接器将编译器中事先准备好的引导代码给链接进去，和应用程序一起构成最终的可执行程序。
运行时的加载器
加载器是操作系统中的程序，当执行一个程序时（e.g., ./a.out，代码中用exec族函数来运行）加载器负责将这个程序加载到内存中去执行这个程序。

程序结束

正常终止：return、exit、_exit
非正常终止：自已或他人发信号终止进程（e.g., ctrl + c ）
atexit
atexit注册多个进程终止函数时，先注册的后执行。（先进后出，和栈一样）
return和exit效果一样，都会执行进程终止函数；_exit不会执行进程终止函数，即刻终止进程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>//以下func1，func2，func3都是进程终止函数
void term_func1(void){puts("term func1");
}
void term_func2(void){puts("term func2");
}
void term_func3(void){puts("term func3");
}int main(int argc , char *args[]){primtf("hello world");atexit(term_func1);atexit(term_func2);atexit(term_func3);exit(0);
}

进程环境

环境变量，可以认为是操作系统的全局变量。
export
查看环境变量
环境变量表
每一个进程中都有一份所有环境变量构成的一个表格，也就是说当前进程中可以直接使用这些环境变量。进程环境表其实是一个字符串数组，用environ变量指向它。

extern char **environ;
int i=0;
while(*(environ+i)!=NULL){printf("%s\n",*(environ+i));i++;
}

进程运行的虚拟地址空间

操作系统中每个进程在独立地址空间中运行，每个进程的逻辑地址空间均为4GB（32位系统）。
进程隔离，提供多进程同时运行。

进程

进程是一个动态过程而不是像文件一样的静态实物。进程就是程序的一次运行过程，一个静态的可执行程序a.out的一次运行过程（.
/a.out去运行到结束）就是一个进程。

进程控制块PCB(process control block）
内核中专门用来管理一个进程的数据结构。
进程ID(PID, process ID)
用数字标识不同的进程，用getpid获取。
多进程调度
操作系统同时运行多个进程，其实宏观上是并行，微观上是串行。实际上，现代操作系统最小的调度单元是线程而不是进程。
getpid

 #include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>int main(){printf("pid: %d\n", getpid());printf("ppid: %d\n", getppid());return 0;}

父进程

fork
子进程继承父进程中打开的文件。父进程先open打开一个文件得到fd，然后再fork创建子进程。之后在父子进程中各自write向fd中写入内容，结果是接续写。实际上本质原因是父子进程之间的fd对应的文件指针是彼此关联的。
父进程open打开1.txt然后写入，子进程打开1.txt然后写入，结果是分别写。原因是父子进程分离后才各自打开的1.txt，这时候这两个进程的PCB已经独立了，文件表也独立了，因此2次读写是完全独立的。
僵尸进程
进程结束时，操作系统会释放此进程占用的资源，但并操作系统不能回收进程本身占用的内存（进程结构体），需要父进程回收。在子进程结束后，父进程还没有回收子进程本身占用的内存，这时的子进程称为僵尸进程。父进程通过调用wait或waitpid来回收子进程。
孤儿进程
父进程先于子进程结束，此时操作系统会负责回收。
pid_t wait(int *wstatus);
子进程结束时，系统向其父进程发送SIGCHILD信号，父进程调用wait函数后阻塞，父进程被SIGCHILD信号唤醒然后去回收僵尸子进程；若父进程没有任何子进程则wait返回错误。wait主要是用来回收子进程资源，回收同时还可以得知被回收子进程的pid和退出状态。
status: status用来返回子进程结束时的状态，父进程通过wait得到status后就可以知道子进程的一些结束状态信息。
pidt: 返回值是本次wait回收的子进程的PID。当前进程有可能有多个子进程，wait函数阻塞直到其中一个子进程结束wait就会返回，wait的
返回值就可以用来判断到底是哪一个子进程本次被回收了。
WIFEXITED、WEXITSTATUS等宏用来判断退出状态。

exec族函数

fork子进程是为了执行新程序，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，但使用exec族可以运行新的可执行程序。

int execl(const char *pathname, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);
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）
int execv(const char *pathname, char *const argv[]);
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。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>int main() {pid_t pid;pid = fork();if (pid == -1) {perror("fork失败");exit(-1);} else if (pid == 0) {// 子进程// 使用execl执行/bin/ls -l命令if (execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL) == -1) {perror("execl失败");exit(-1);}} else {// 父进程// 可以在这里做其他事情，或者等待子进程结束// 这里简单地等待子进程结束wait(NULL);printf("子进程执行完毕。\n");}exit(0);
}

//execv_test.c 
#include<unistd.h>int main()
{char * argv[ ]={"ls","-al","/usr",(char*)0};execv("/bin/ls",argv);return 0;
}

进程状态

进程的5种状态：

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。
运行态就绪态时得到了CPU就进入运行态开始运行。
僵尸态
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。等待态下就算给CPU调度进程也无法执行。
停止态

system函数

system函数= fork+exec，属于原子操作，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。

进程关系

无关系两个进程独立的，无法相互访问。
父子进程关系继承
进程组（group）多个进程构成一个进程组，每个进程组都有唯一的进程组ID(整数，也可以存放在pid_t类型中)。
会话（session）多个进程组构成一个会话。

ps

process status
ps -ajx 偏向显示各种有关的ID号
ps -aux 偏向显示进程各种占用资源

kill

kill -信号编号进程ID，向一个进程发送一个信号
kill -9 xxx，将向xxx这个进程发送9号信号，也就是要结束进程

守护进程

守护进程(daemon)，进程名后面加字母d标识，是一类在后台运行的特殊进程，与控制台脱离。很多守护进程在系统引导的时候启动，并且一直运行直到系统关闭。
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（比如，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。

syslogd
守护进程无法输入输出，只能用syslogd调试信息。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。syslogd是独立于任意一个进程而运行的。
openlog
当前进程和syslogd进程是没有任何关系的，但是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。
syslogd
closelog

cron
操作系统时间管理，定时执行程序。
将一个进程实现成守护进程
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

void create_daemon() {pid_t pid;pid = fork();if (pid == -1) {perror("fork error\n");exit(-1);} else if (pid) {exit(0);}if (-1 == setsid()) {perror("setsid error\n");exit(-1);}chdir("/");umask(0);int cnt = sysconf(_SC_OPEN_MAX);int i;for (i = 0; i < cnt ; ++i) {close(i);}open("/dev/null", RDWR);open("/dev/null", RDWR);open("/dev/null", RDWR);
}

让守护进程只执行一次
进程间通信（IPC, Inter-Process Communication）
复杂、大型的程序，因为设计的需要就必须被设计成多进程程序，常见的如GUI、服务器。
（1）管道（无名管道）和有名管道
（2）SystemVIPC：信号量、消息队列、共享内存
（3）Socket域套接字
（4）信号
管道（无名管道）
（1）管道通信的原理：内核维护的一块内存，有读端和写端（管道是单向通信的）
（2）管道通信的方法：父进程创建管理后fork子进程，子进程集成父进程的管道fd
（3）管道通信的限制：只能在父子进程间通信、半双工
（4）管道通信的函数:pipe、write、read、close
有名管道（fifo）
（1）有名管道的原理：实质也是内核维护的一块内存，表现形式为一个有名字的文件
（2）有名管道的使用方法：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）管道通信限制：半双工（注意不限父子进程，任意2个进程都可）
（4）管道通信的函数:mkfifo、open、write、read、close

SystemVIPC介绍
SystemVIPc的基本特点:
（1）系统通过一些专用API来提供SystemVIPC功能
（2）分为：信号量、消息队列、共享内存
（3）其实质也是内核提供的公共内存
消息队列
（1）本质上是一个队列，队列可以理解为（内核维护的一个）FIFO
（2）工作时A和B2个进程进行通信，A向队列中放入消息，B从队列中读出消息。
信号量
（1）实质就是个计数器
（2）通过计数值来提供互斥和同步
共享内存
（1）大片内存直接映射
（2）类似于LCD显示时的显存用法

Linux系统进程

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