暗无天日

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进程控制

1 fork与vfork函数

UNIX提供了两个函数用于创建新进程

#include <unistd.h>

pid_t fork();                   /* 子进程中返回0,父进程中返回子进程ID,出错返回-1 */

pid_t vfork();                  /* 子进程中返回0,父进程中返回子进程ID,出错返回-1 */

1.1 fork出来的子进程有几点要注意:

  • 子进程与父进程分别持有相同的文件描述符,这些文件描述符共用核心中的同一个文件项
  • 父进程设置的文件锁不会被子进程继承
  • 子进程的未处理的闹钟(alarm)被清除
  • 子进程的未处理信号集设置为空集
  • 当子进程终止时,内核会向父进程发送SIGCHLD信号,但对该信号,系统的默认动作是忽略它.
  • 子进程会继承父进程的信号处理方式. 因为子进程在开始时复制了父进程的存储映像,随意信号捕捉函数的地址在子进程中是有意义的

1.2 fork与vfork的区别在于

  • 在子进程调用exec或exit之前,vfork并不会将父进程的地址空间复制到子进程中,即 子进程在父进程的空间中运行,因此子进程运行的结果会影响到父进程!
  • vfork保证子进程先运行,在它调用exec或exit之后,父进程才可能被调度运行.

2 wait和waitpid函数

#include <sys/wait.h>

/* 若成功则返回进程ID,0,若出错则返回-1 */
pid_t wait(int* status);
pid_t waitpid(pid_t pid,int* status,int options);
  • 如果所有子进程还在运行,则阻塞
  • 如果一个子进程已终止,则父进程获取其终止状态并返回子进程pid
  • 如果父进程没有任何子进程,则 报错返回
  • waitpid可以通过设置选项,使得调用者不阻塞

2.1 参数status说明

  • 参数status可以为空指针,表示不关心终止状态
  • 在<sys/wait.h>中有定义四个宏来获取进程终止的原因
    • WIFXITED(status)

      子进程是否正常终止.

      若为真,则可以通过宏WEXITSTATUS(status)来获取退出的状态码

    • WIFSIGNALED(status)

      子进程是否因收到一个不可捕获的信号而异常退出.

      若为真,可以通过WTERMSIG(status)获取信号编号

      某些系统可以通过WCOREDUMP(status)判断是否产生core文件

    • WIFSTOPPED(status)

      子进程是否处于stop状态

      若为真,则可以通过WSTOPSIG(status)来获取使子进程暂停的信号编号

    • WIFCONTINUED(status)

      子进程是否处于continue状态

2.2 参数pid的说明

  • pid == -1,等待任一子进程,此时waitpid与wait等效
  • pid > 0,等待进程id与pid相等的子进程
  • pid == 0,等待组ID等于调用进程组ID的任一子进程
  • pid < -1,等待其组ID等于pid绝对值的任一子进程

2.3 参数optioins说明

通过设置options参数,waitpid不一定等到子进程退出来能获取子进程的状态. 也能在子进程处于stop或continue状态时返回子进程的状态.

  • WNOHANG

    waitpid不阻塞

  • WUNTRACED

    若子进程处于stop状态,且该stop状态尚未报告时,返回其状态

  • WCONTINUED

    若子进程处于continue状态,且该continue状态尚未报告时,返回其状态.

3 waitid函数

waitid可以指定要监控的子进程的哪些状态变化

#include <sys/wait.h>

int waitid(idtype_t idtype,id_t id,siginfo_t* infop,int options);
  • 参数idtype_t指定了要等待的子进程的类型
    P_PID
    等待一个特定的进程
    P_PGID
    等待一个特定进程组中的任一子进程
    P_ALL
    等待任一子进程,此时忽略参数id的值
  • 参数id的作用则跟idtype的值相关
  • 参数options指定关注子进程的哪些状态变化
    WNOHANG
    非阻塞等待
    WNOWAIT
    不破坏子进程的退出状态,该状态可由后续wait,waitid或waitpid调用获取
    WSTOPPED
    等待一个尚未报告的STOP状态的子进程
    WCONTINUED
    等待一个尚未报告的CONTINUE状态的子进程
    WEXITED
    等待已退出的子进程

4 exec系列函数

  • 由于exec一个新程序后,信号处理函数的地址已经失效了,因此exec函数将原先设置为要捕获的信号都更改为它们的默认动作

4.1 exec系列函数的区分

  • 字母p表示该函数可以为不带目录的文件名,则会从PATH环境变量中搜索可执行文件
  • 字母l表示该函数的参数要一个一个的在函数签名中列出来,最后以一个(char*)0结尾表示参数终结
  • 字母v表示该函数取一个argv[]数组作为传递給新进程的参数
  • 字母e表示该函数接收一个envp[]数组,可以分配不同于当前环境的新环境

4.2 exec后的新进程与原进程的关系

  • 新进程保持
    • 原pid和ppid
    • 原实际用户id和实际组id
    • 附加组ID
    • 进程组ID
    • 会话ID
    • 控制终端
    • alarm尚存留的事件
    • 当前工作目录
    • 根目录
    • 文件模式创建屏蔽字
    • 文件锁
    • 进程信号屏蔽
    • 未处理信号
    • 资源限制
    • tms_utime,tms_stime,tms_cutime及tms_cstime
  • 是否关闭原进程打开的文件与该文件描述符的close-on-exec标志有关.
    • 若设置了该标志,则指向exec时会关闭该描述符
    • 若没设置该标准,则保持描述符打开
    • 除非特地用fcntl设置了该标志,否则系统的默认为关闭该标志
  • exec时 明确会关闭打开的目录流(opendir)

4.3 当exec调用一个带`#! 解析器程序 可选参数项'的脚本文件时:

  1. exec实际执行的并不是该脚本文件,而是脚本文件第一行`#! 解析器程序 可选参数项'中的 解析器程序
  2. exec传递给该解析器程序的参数顺序为,解析器地址,可选参数,脚本文件地址,除argv0外的由exec函数传入的其他参数.

    /*
      /tmp/testinterp的内容为:
      #! /usr/bin/echo.exe args:
    */
    
    #include <unistd.h>
    
    int main()
    {
      execl("/tmp/testinterp","testinterp","myarg1","MY ARG2",(char*) 0);
    }
    
    args: /tmp/testinterp myarg1 MY ARG2
    
    

5 进程会计

大多数UNIX系统都提供了一个选项以进行进程会计(process accounting)处理. 启用该选项后,每当进程结束时,内核就写一个会计记录.

会计记录是在fork时产生而不是exec时产生 但exec会改变响应记录中的命令名,而且AFORK标志也会被清除.

会计记录一般为二进制格式的,且结构各个系统实现的都不一样. 一般可以在<sys/acct.h>中查到struct acct

root用户可以使用`accton 命令行'来对`命令行'开启进程会计选项.

6 进程时间

任何进程都可以通过调用times函数获得自己的运行时间,用户态CPU时间和内核态CPU时间.

#include <sys/times.h>

/* 若成功返回进程相对上一次运行times函数的运行时间,单位为时钟滴答数,若出错返回-1 */
clock_t times(struct tms* buf); 

struct tms{
  clock_t tms_utime;            /* user CPU time */
  clock_t tms_stime;            /* system CPU time */
  clock_t tms_cutime;           /* user CPU tim, terminated children */
  clock_t tms_cstime;           /* system CPU time, terminated children */
}