进程和线程及Linux下的编程

一、概述

　　进程和线程网络上有一堆解释，我不喜欢抄袭，也不喜欢套用太教科书的说法。就以我自己的理解来说说进程和线程吧，当然自己的理解肯定不是很严谨，但是理解起来应该会比教科书快一点。进程和线程都可以认为是并发执行程序，但是只有多处理器下的多线程才可以真正实现并发（多个线程在同一个时间片同时运行），其他的实际上并不是真正的并发，都是交替在cpu上运行，只是每个程序运行的时间很短（时间片），快速的交替，所以看上去就是同时在运行（并发）。

　　几乎是同样的效果，为什么又分为进程和线程呢？进程和线程最大的区别在于，进程与进程间互不影响，他们拥有各自的完整的虚拟内存，是一个完整的个体。而线程存在于进程中，一个进程可以有很多线程，同一个进程下的线程具有很多共享的内存，比如文件描述符，全局变量等，也有他们私有的数据，如栈区的内存等。所以创建一个线程的开销（占有的资源）远远小于一个进程，这也就是为什么分进程和线程的原因 。

　　所以总结一下程序，进程线程的关系吧。一个运行的程序可以有多个进程，一个进程下面可以有多个线程。这就是这三者的关系。要想更加深入地理解这个概念，还是得通过编程去理解。因为理论和实践的关系，马克思已经讨论地不要不要的。

二、概念

　　进程号：用于标记一个进程的一个编号。

　　僵尸进程：子进程已经结束，但是父进程并没有回收其资源，此时的子进程就是一个僵尸进程。使用wait和waitpid函数可以解决这个问题

　　孤儿进程：父进程已经结束，但是子进程仍在运行。这时候子进程就是孤儿进程

　　守护进程：一种脱离终端，在后运行的一种进程。终端的开关与他无关。

　　PCB：进程控制块。存放进程的管理和控制信息的数据结构。它是进程管理和控制的数据结构，每一个进程均有一个PCB，在创建进程时，建立PCB，伴随进程运行的全过程，直到进程结束和结束。

　　进程的状态：三态模型：就绪，运行，阻塞（睡眠）

　　　　　　　　五态模型：略

三、套路

　　①进程：fork（）创建新进程---->通过fork的返回值分别运行父子进程---->分别写父子进程程序---->父进程等待子进程结束回收资源

　　②线程：套路一：创建一个新的线程---->进入线程函数执行---->主线程等待回收子线程

　　　　　　套路二：创建一个新的线程---->分离线程---->两个线程毫无瓜葛

四、进程相关函数

1、头文件

　　<unistd.h>,<sys/type.h>,<sys/wait.h>

2、shell下查看进程命令

　　#ps查看当前进程　　#ps -ef　　#ps -ax查看所有进程

　　参数：STAT：当前进程状态；　　TTY：进程从哪个终端启动；　　CMD：启动进程所用的命令

3、进程号的类型

　　pid_t

4、获取进程号

　　pid_t getpid(void)　　获取当前进程进程号

　　pid_t getppid(void)　 获取父进程号

　　pid_t getgdid(void)　 获取组进程号

5、启动新进程

　　①通过调用system函数来完成，如system（“ps &”），但是这种启动依赖于shell

　　②通过复制当前进程来新建

　　pid_t fork(void)　　

　　子进程从fork函数后开始执行。这是一个特殊的函数，有两个返回值，子进程返回0，父进程返回子进程的PID（进程号）。子进程中大量的数据都是复制的。比如文件描述符，进程上下文等。只有进程号，计时器等少量是子进程所独有的。

6、进程的替换

　　因为通过进程的复制得到一个新的进程，但是我们往往生成一个进程需要执行新的任务，所以需要替换掉复制过来的进程，让他去执行我们想要的程序。用exec系列函数来进行替换进程。

　　int execl(const char *path, const char *arg, ...，NULL);
　　int execlp(const char *file, const char *arg, ...,NULL);
　　int execle(const char *path, const char *arg,..., NULL,char * const envp[]);
　　int execv(const char *path, char *const argv[]);
　　int execvp(const char *file, char *const argv[]);
　　int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

参数：path路径（包括可执行的文件名）　　file当前路径可执行的文件名　　argv可执行文件选项，例argv={"ps", "ax", 0}注意最后要加0　　

　　　envp环境变量，默认寻找的路径。例：wxvp[]={"PATH = /bin:/user",0}冒号的作用是分隔，表示多个默认路径

7、进程的挂起（休眠，阻塞）

　　unsigned int sleep(unsigned int sec)

　　两种方式解除挂起：指定的时间到了或者收到信号

8、进程的等待（也是挂起）

　　作用是等待子进程结束并回收子进程的资源，避免生成僵尸进程

　　①pid_t wait(int *status)　　

　　参数：status，存放子进程状态的内存　　可以用三个宏来读取status的状态WIFEXITED(status)子进程正常结束则为非0　　WEXITSTATUS(status)正常结束则返回退出码　　WIFSTOPPED(status)意外终止则为非0

　　如果仅仅是回收资源，则wait（NULL）；

　　②pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options)

　　等待相应PID子进程结束回收空间

　　参数：status 等同于上个函数的status

　　　　　pid:>0时　　=-1时　　=0时　　<-1时

　　　　　options:不想使用时置0

五、线程相关函数

　　1、头文件

　　　　<pthread.h>编译时要加-lpthread选项来连接库

　　2、线程号类型

　　pthread_t

　　3、创建线程函数

　　int pthread_create(pthread_t *thread,  const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *),  void *arg);

　　参数：thread存数新线程号的内存　　attr线程属性结构体地址，默认用NULL　　start_toutine线程函数入口　　arg传给线程函数的数，不传值为NULL

　　返回值：成功0　　失败非0

　　4、阻塞线程函数

　　int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);

　　作用：等待子线程结束后，主线程再退出。因为主线程退出后，子线程会全部结束

　　retval线程函数的返回值

　　返回值：成功0　　失败：非0

　　5、分离线程函数

　　int pthread_detach(pthread_t thread);

　　作用：主线程结束会默认结束所有子线程。用这个函数后，主线程结束后不再结束子线程

　　返回值：成功0　　失败：非0

　　6、线程退出函数

　　void pthread_exit(void *retval);

　　retval存储线程函数数值的变量地址

　　返回值：成功0　　失败：errno

　　7、取消一个正在执行的线程

　　int pthread_cancel(pthread_t thread);

　　可以取消一个线程。线程默认是可以被取消的，但是也可以设置成不可以被取消

　　8、设置线程是否可以被取消

　　①是否可取消int pthread_setcancelstate(int state, int *oldstate);

　　state：设置是否可取消的状态PTHREAD_CANCEL_ENABLE可取消　　PTHREAD_CANCEL_DISABLE不可取消

　　②是否立即取消int pthread_setcanceltype(int type, int *oldtype);

　　PTHREAD_CANCEL_DEFERRED不立即取消，直到取消点取消（取消点包括printf等）　　PTHREAD_CANCEL_ASYNCHRONOUS立即取消

　　返回值：成功0　　失败：errno

　　9、线程清理函数

　　void pthread_cleanup_push(void (*routine)(void *),void *arg);

　　void pthread_cleanup_pop(int execute);

　　10、初始化描述线程属性的变量

　　int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);

　　参数：attr用于描述线程的属性

　　11、对线程变量的清理回收

　　int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);