读书笔记-APUE第三版-(8)进程控制

进程ID

每一个进程都有一个唯一的进程ID。几个特殊进程：

1. 0号进程是内核进程，一般是调度进程swapper。
2. 1号进程init，是用户进程（以root权限执行/sbin/init），负责初始化。
3. 几个重要函数：getpid(进程ID)/getppid(父进程ID)/getuid(进程真有用户ID)/geteuid(进程有效用户ID)/getgid(进程真有用户组ID)/getegid(进程有效用户组ID)。

fork/exec/wait例程

fork家族函数用于创建子进程（父子进程关系下节详细介绍），子进程往往调用exec家族函数运行新程序（fork+exec操作在有些系统中被称为spawn孵化），而wait家族函数用于获取子进程终止状态。

system函数使用/bin/sh运行命令，下面是使用fork/exec/wait实现的简单版本号

#include<sys/wait.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>
int system(constchar *cmdstring) /* version without signal handling */
{
    pid_t pid;
    int status;
    if (cmdstring == NULL)
        return(1); /* always a command processor withUNIX */
    if ((pid = fork()) < 0) {
        status = -1;
    } else if (pid == 0) { /* fork返回值为0，表示是在子进程中*/
        execl("/bin/sh", "sh","-c", cmdstring, (char *)0);
        _exit(127); /* execl error */
    } else { /* 在父进程中，fork返回子进程pid */
        while (waitpid(pid, &status, 0) < 0) {
            if (errno != EINTR) {
                status = -1; /* error other than EINTR fromwaitpid() */
                break;
            }
        }
    }
    return(status);
}

1. fork函数一次调用，在父进程和自己成中两次返回，由于父进程能够fork多个子进程，所以设计成在父进程中返回子进程pid，而在子进程返回0，由于子进程能够通过getpid和getppid获取自身pid和父进程pid。常见应用场景是在网络编程中，父进程while循环监听用户请求，当接收到用户请求，fork出子进程进行处理。注：linux系统中，fork通过clone系统调用实现。
2. waipid函数使用參数0等待指定子进程返回，wait函数家族包含wait(等待任一子进程返回)/waitpid(等待指定子进程&组返回,并能通过第三个參数设置堵塞选项)/waittid(进一步扩展，能获取导致进程终止的信号信息等)/wait3(还能够返回进程使用的资源)/wait4(其它wait函数的入口)。
3. exec家族函数的作用是替换掉当前进程上下文（text/data/heap/stack等），运行新的程序（不会创建新进程）。exec家族函数包含execl/execlp/execle/execv/execvp/execve，各个函数主要差别在參数上，当中l表示是列表形式，v表示是指针数组形式，e表示环境变量，p表示命令參数是相对路径，会在PATH路径中搜索。

父子进程

子进程和父进程共享仅仅读的text段，针对bss段、对、栈，现代操作系统使用COW(copy-on-write)技术，仅仅有发生改变时，才会拷贝对应的内存页。

父子进程关系

子进程会继承父进程的大量属性，当中一些重要属性包含：真实/有效用户信息，进程组/会话信息，工作文件夹，环境变量，资源限制等。

父子进程最明显的差别是：子进程的tms时间统计信息被清零，子进程不会继承文件锁，未决闹钟&信号等（兴许章节讨论）。

子进程和父进程返回先后顺序是不确定的，假设用户程序对父子进程运行顺序有依赖，须要自行处理，比方使用信号实现等待通知机制等。

1. 内核为每一个正在终止的进程保留了少量信息（pid，终止状态，CPU时间等），便于父进程获取其终止状态。
2. 假设子进程在父进程之前结束，而父进程没有wait，子进程会变成僵尸进程。
3. 假设父进程先结束，子进程的父进程会变成init进程（pid为1），所以假设要避免僵尸进程的产生，能够两次调用fork，即在子进程中再次调用fork，然后退出。这样第二个fork出来的进程因为其父进程退出，所以被init进程接管。

文件共享

子进程会dup父进程打开的文件描写叙述符（共享文件描写叙述符close-on-exec标记），包含标准输出、输入和错误输出。

如图，父子进程共享file tableentry，位置偏移量一致，所以要父子进程读写同一文件时要注意同步。

设置进程用户ID

之前提到，子进程会继承父进程的uid和euid（有效用户ID），能够调用setuid(setgid)改动进程用户（组）。

1. 假设是root用户调用，会同一时候改动进程的uid、euid和备份euid（saved set-user-id）。登陆后，由login（root进程）设置用户ID。
2. 非root用户仅仅能改动euid，并且仅仅能改动成之前的uid或者备份euid，否则出错。
3. 假设自进程运行exec方法，并且运行程序的set-user-ID位被设置，那么euid被设置被运行程序属主ID。
4. 备份euid复制euid。正常情况下，uid=euid=备份euid。
5. 程序编写遵循“最小权限“模型，当且仅当程序须要高权限时，才调用setuid提升权限，操作完之后再调用setuid恢复权限。

其它进程相关函数

1. 进程审计：acct开启进程审计功能，系统记录已终止进程的统计信息，包含用户ID，启动时间，CPU时间等。Linux系统审计记录保存在/var/log/account/pacct，须要用fread读取acct结构体信息。
2. 进程调度：进程调整nice值来设置执行优先级（你越nice，你的优先级越低，人艰不拆。。），相关函数：nice/getpriority/setpriority
3. 进程时间：调用clock_t times(structtms *buf )函数，当中返回值为时钟时间，而tms结构体被下面内容填充：

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

注意：相关时间已经通过每秒滴答数(_SC_CLK_TCK)转化成了秒数，但它是从过去任一时间開始统计的，所以其绝对值无意义。一般分别在进程開始和结束调用times，再计算之间的时间差。