OSLab多进程

日期：2019/3/23

内容：Linux下与多进程相关的函数。

 

 

进程基本知识

• 定义

应用程序关于某数据集合上的一次运行活动。

• 特点

·操作系统进行资源分配和调度的基本单位

·进程是程序的一次执行过程。进程是动态的，程序是静态的。

·同一程序同时运行于若干个数据集合上，该程序将对应与若干个不同的进程。

·每个进程拥有独立的地址空间。地址空间包括代码段、数据段和堆栈段。

·进程之间的地址空间是隔离的。一个进程崩溃不会影响另一个进程，一个进程崩溃不会影响到操作系统。（一个程序开了多个进程，全局变量也不会共享）

fork函数

• 作用：创建一个子进程
• 返回值：

在父进程中，fork返回新创建子进程的进程PID；

在子进程中，fork返回0；

如果出现错误，fork返回一个负值；

• 实现细节

·OS为子进程创建一个PCB（Process Control Block, 进程控制块，其实质是一个结构体）

·复制代码和数据到子进程的地址空间（PID不复制）

• 获取PID

当前进程	获取子进程PID	获取父进程PID
子进程	getpid()	getppid()
父进程	pid=fork()	getpid()

 

获取PID代码样例

/*************************************************************************

    > File Name: testfork.c

    > Author: sinkinben

    > E-mail: sinkinben@qq.com

    > Created Time: Sat 23 Mar 2019 08:13:00 AM CST

************************************************************************/

 

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

int main()

{

    //pid_t pid = fork();

    pid_t pid;

    pid = fork();

    //sleep(3); //3sec

    if (pid == 0)

        printf("In child process: child pid = %d, parent pid = %d\n", getpid(), getppid());

    else

        printf("In parent process: parent pid = %d, child pid = %d\n", getpid(), pid);

    wait(NULL);

    return
0;

}

 

/*

* 父进程先于子进程退出

* init是1号进程，接管子进程

* 所以in child process, getppid()总是返回1

* 解决办法：父进程调用sleep

* 正解：调用wait，让父进程等待子进程结束

*/

 

 

• 并发特性与隔离特性

并发	·二者并发运行，输出交织。 ·代码段相同：父进程从fork返回处执行（返回值为子进程PID）；子进程从fork返回处执行（返回值0）
隔离	·地址空间隔离，仅能访问自己的地址空间 ·出现非法访存，只影响当前进程 ·全局变量也不共享

 

并发和隔离样例代码

/*************************************************************************

    > File Name: concurrency.c

    > Author: sinkinben

    > E-mail: sinkinben@qq.com

    > Created Time: Sat 23 Mar 2019 08:38:19 AM CST

************************************************************************/

 

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

static
int global = 0;

void child()

{

    int i = 0;

    for (i = 0; i < 5; i++)

    {

        puts("child");

        printf("global = %d\n", global++);

        sleep(1);

    }

}

void parent()

{

    int i = 0;

    for (i = 0; i < 5; i++)

    {

        puts("parent");

        printf("global = %d\n", global++);

        sleep(1);

    }

}

 

int main()

{

    pid_t pid = fork();

    if (pid)

        parent();

    else

        child();

    return
0;

}

 

运行结果

exec系列

名词解析：

exec：execute

l：list，表示参数是列表形式

v：vector，表示参数是数组形式

p：path，允许exec系列函数使用系统环境变量PATH下的路径

全家桶如下。

头文件:unistd.h

返回值:成功无返回值，失败-1.

函数	原型	描述
execl	int execl(const char *path, const char *arg, ...	·当前进程地址空间清空 ·将path指定的可执行程序的代码和数据装入当前地址空间 ·参数可变，最后一个必须NULL ·可以是相对/绝对路径 ·失败原因存于errno（一个Linux全局变量）中，可通过perror()打印。 ·execl成功的话，会执行另外的程序，因此成功无返回值。 ·参数格式：路径+程序名+参数1,2,3...,NULL
execv	int execv(const char *path, char *const argv[]);	·argv数组最后一项必须为NULL ·argv[]={程序名,参数1,2,3...,NULL} ·参数格式：路径+argv
execlp	int execlp(const char *file, const char *arg, ...	·允许使用PATH环境变量作为参数file
execvp	int execvp(const char *file, char *const argv[]);

 

execl样例代码

/*************************************************************************

    > File Name: testexecl.c

    > Author: sinkinben

    > E-mail: sinkinben@qq.com

    > Created Time: Sat 23 Mar 2019 08:52:03 AM CST

************************************************************************/

 

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int main()

{

    puts("before execl");

    int error_code = execl("/bin/echo", "echo", "sin", "cos", NULL);

    if (error_code < 0)

        perror("error execl");

    puts("after execl");

    return
0;

}

 

 

execv样例代码

/*************************************************************************

    > File Name: testexecv.c

    > Author: sinkinben

    > E-mail: sinkinben@qq.com

    > Created Time: Sat 23 Mar 2019 08:59:16 AM CST

************************************************************************/

 

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int main()

{

    puts("before execv(p)");

    char *argv[] = { "ls", "-a", NULL};

    //int error = execv("/bin/ls",argv);

    int error = execvp("ls", argv);

    if(error == -1)

        perror("error");

    puts("after execv(p)");

    return
0;

 

}

 

 

exit

·头文件：stdlib.h

·原型：void exit(int status);

·功能

>>正常退出当前进程

>>将status & 0XFF作为退出码返回给父进程

·预定义常量

>>EXIT_SUCCESS, 为0，表示正常退出

>>EXIT_FAILURE，为非0，表示异常退出

>>在Linux shell中，$?可以获取程序的退出码

·main与exit

>>return 0 相当于exit(SUCCESS)

>>return !0 相当于exit(FAILURE)

>>start.asm（计算机组成原理知识：main返回的上一层是start.asm）

global _start

extern main

extern exit

_start:

call main

add esp,

push eax //作为参数eax->[ebp+8]传给exit

call exit

add esp, 4

hlt

 

exit与$?代码实例

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main()

{

    exit(233);

}

运行结果

atexit

·头文件：stdlib.h

·原型：int atexit(void (*function)(void)); （参数是函数指针）

·功能

>>注册回调函数，进程正常结束时，function被调用

>>如果注册多个，以与注册相反的顺序调用

 

wait

·头文件：sys/types.h, sys/wait.h

·原型：pid_t wait(int *status);

·功能

>>等待子进程结束

>>如果status非空，子进程退出码保存在status

·退出码

进程可能由于不同原因退出。主动调用exit退出，或接收信号退出。

查询退出原因的宏

WIFEXITED(status)	当子进程exit(0)时，为真。
WEXITSTATUS(status)	当子进程exit(!0)时，返回退出码
WIFSIGNALED(status)	当子进程接收信号后退出，为真
WTERMSIG(status)	当子进程接收信号后退出，返回导致退出的信号码