linux应用软件编程之多任务(进程)详解
作者：Twinkle175
一、多任务概述
1.定义：
让系统具备同时处理多个任务的能力
2.实现过程
- 多进程
- 多线程
- 进程间通信
二、进程概述
1.定义
一个正在运行的程序称为一个进程，其运行过程中需要消耗内存和CPU。
2.程序和进程的区别
程序 进程
静态的数据集合，存储在硬盘空间 是一个程序动态执行的过程，需要消耗内存和CPU
程序运行起来可以产生进程 进程具备动态生命周期，从产生到调度再到消亡
一个程序可以产生多个进程 一个进程中也可执行多个程序
3.进程的产生
进程产生时，操作系统都会为其分配0-4G的虚拟内存空间。操作系统内存区如下图所示：
（1）内核: 1 文件管理；2. 进程管；3. 内存管理。
（2）栈区：1.保存局部变量；2.函数的形参和返回值；3.保存函数的调用关系（保护现场和恢复现场）。
（3）堆区：1. 由开发人员手动分配；2. 使用完要手动释放。
（4）数据区：
- data段：1. 已初始化的全局变量 ;2. 已初始化的静态变量。
- bss段：1.未初始化的全局变量 ； 2. 未初始化的静态变量（static）-->bss段初始时按位清0。
- 字符串常量区:保存字符串常量 "hello world"
（5）文本区：1. 存放指令代码 ；2. 存放常量。
4.进程的调度
- CPU：
由于CPU数据处理速度快，因此是“宏观并行，微观串行”。
- cpu调度算法
1、时间片轮询算法
2、先来先服务，后来后服务（任务队列）
3、短作业优先调度
4、高优先级先执行，低优先级后执行
5.进程的状态
- 操作系统的三态图：
- Linux操作系统的进程状态：
- 各进程状态：
1.运行态(用户运行态、内核运行态) R
正在执行,且被CPU任务调度所执行的进程
2.就绪态 R
正在执行,没有CPU任务调度执行的进程（只缺少cpu）
3.可唤醒等待态 S
也称为睡眠态,阻塞等待资源的进程
4.不可唤醒等待态 D
不想被CPU任务调度所打断的进程任务可以设置为不可唤醒等待态
5.暂停态 T
被暂停执行的进程
6.僵尸态 Z
进程执行结束,空间没有被回收
7.结束态 X
进程执行结束,空间被回收
6.进程的消亡
- 进程执行结束（进程退出）
- 回收进程资源空间
三、进程相关的命令
- 父进程：产生子进程的进程称为父进程
- 子进程：父进程产生出来的新进程即为该父进程的子进程
1. ps -aux
查看进程相关参数：PID、状态、CPU占有率、内存占有率
- USER：创建者
- PID：进程的ID号
- %CPU：CPU占有率
- %MEM：内存占有率
- TTY：当前进程所关联的终端
- STAT：当前进程的状态值（带“+”号表示前台进程，不带“+”号表示后台进程）
- START TIME：进程创建的时间
- COMMAND：进程的名称（init进程是操作系统启动的第一个进程)
ps -aux | grep ./a.out
- |：管道 ：前面命令的输出作为后面命令的输入
- grep：字符串查找：在输入中查找和后面字符串相关的数据
2. top
动态查看进程的相关参数：CPU占有率、内存占有率
——按照CPU、内存占有率的高低进行排列的
- PR、NI：表示进程的优先级，值越小，优先级越高
- TIME+：进程运行的时间
3. ps -ef查看该进程的ID和父进程ID
4. pstree查看进程的产生关系
pstree -p
查看进程的产生关系(有PID号)
pstree -sp 进程PID号
查看某个指定的进程的产生关系
5.kill
kill -信号的编号/信号的名称 PID
向进程发送信号，让进程的状态发生变化
由第一张图片中可以看出20429进程一开始是在R+运行状态，执行kill相关命令，其进程被杀死。
结束一个进程的三种表示形式：
kill -9 PID kill -SIGKILL PID killall -9 进程名称
kill -l
查看系统支持的信号
- 9——SIGKILL——杀死信号
- 19——SIGSTOP——暂停态信号
- 18——SIGCONT——唤醒信号
+前台进程后台进程
6. jobs查看当前终端的后台进程
7.fg
[ fg 后台进程编号]
让后台进程切换成前台进程
四、进程相关的编程
1.实现进程的步骤
进程创建 ： fork()
- getpid()：获取当前进程自己的PID号
- getppid()：获取当前进程父进程的PID号
进程调度：操作系统完成
进程消亡:
- 1.进程退出：return、exit()相关函数
- 2.回收资源空间：wait（）、waitpid（）
2.进程创建函数
pid_t fork(void);
功能：通过拷贝父进程产生一个新的子进程
- 子进程完全拷贝父进程0-3G的虚拟内存空间
- 子进程拷贝父进程PCB（进程控制块）块中的部分内容：PID不拷贝
返回值：
- >0：父进程 ，是子进程的PID号
- ==0：子进程
- -1 ：出错
3.示例程序
使用fork函数创建新进程，
- 父进程打印自己的PID和自己子进程的pid
- 子进程中打印自己的PID和父进程的PID
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc , const char *argv[])
{
pid_t pid = fork();
if(pid > 0)
{
while(1)
{
printf("I am father pid = %d sonpid = %d \n",getpid(),pid);
sleep(1);
}
}
else if(0 == pid)
{
while(1)
{
printf("I am son pid = %d ppid = %d \n",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
}
else
{
perror("fork error");
}
return 0;
}注意：
1. 子进程完完整整拷贝父进程0-3G虚拟内存空间。
2. 父子进程栈区、数据区、文本区、堆区完全独立，数据不共享
3. 要想共享数据，需要使用进程间通信方式实现
例如以下程序：
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc , const char *argv[])
{
pid_t pid = fork();
int num = 0;
if(pid > 0)
{
num = 100;
while(1)
{
printf("I am father pid = %d sonpid = %d num = %d\n",getpid(),pid,num);
sleep(1);
}
}
else if(0 == pid)
{
num = 1000;
while(1)
{
printf("I am son pid = %d ppid = %d num = %d\n",getpid(),getppid(),num);
sleep(1);
}
}
else
{
perror("fork error");
}
return 0;
}运行结果如下：
3.进程退出函数
（1）main中return
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int fun()
{
return 0;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
int i = 15;
while (i--)
{
printf("PID = %d\n", getpid());
sleep(1);
}
return 0;
}（2) exit ()、_exit() :结束一个进程
- exit (0) : 正常退出
- exit (非0) ：由于进程产生了某种问题，需要主动退出进程
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int fun()
{
exit(0);
return 0;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
fun();
printf("hello world\n");
return 0;
}4.回收资源空间：
wait（）、waitpid（）
僵尸进程：进程退出后，但其资源空间未被父进程回收
如何避免僵尸进程产生：
1. 子进程退出后，父进程及时为其回收资源空间
2. 让该进程成为一个孤儿进程，结束时被操作系统中的系统进程回收
孤儿进程：父进程先消亡，其对应的子进程成为一个孤儿进程，会被系统进程所收养
（守护类的进程）
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
pid_t pid = fork();
if (pid > 0)
{
while (1)
{
printf("I am father : pid = %d, sonpid = %d\n", getpid(), pid);
sleep(1);
}
}
else if (0 == pid)
{
int i = 15;
while (i--)
{
printf("I am son : pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
}
}
else
{
perror("fork error");
}
return 0;
}
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
pid_t pid = fork();
if (pid > 0)
{
int i = 10;
while (i--)
{
printf("I am father : pid = %d, sonpid = %d\n", getpid(), pid);
sleep(1);
}
}
else if (0 == pid)
{
int i = 20;
while (i--)
{
printf("I am son : pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
}
}
else
{
perror("fork error");
}
return 0;
}总结
以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。