在实际设计程序中，可能这个程序不是单独的完成一个单一的功能，而是同时完成多个任务。例如QQ登录以后可以同时聊天、下载文件、听音乐等。要完成这么一个多任务的程序那么我们就需要会多进程、多线程相关知识来完成一个多任务程序的设计。
往期文章推荐:
Shell函数的作用以及变量的作用域
史上最全的Linux命令汇总（超全面！超详细！）收藏这一篇就够了！
文章目录
- 进程的概念
- 进程内容
- 进程类型
- 进程的状态
- Linux下进程的相关命令
- 进程相关函数
- 创建进程——fork
- 结束进程——exit/_exit/return
- exec函数族
- 进程回收——wait/waitpid
- 守护进程
- 守护进程特点
- 守护进程的创建
进程的概念
在了解进程之前我们需要了解什么是程序，程序就是存放在磁盘上的指令和数据的有序集合（文件），程序是静态的（程序编译好以后指令、数据等就不能再改变)。
进程与程序是密切相关的，进程是操作系统为了执行一个程序分配资源的总称、是程序的一次执行过程，进程相当于程序来说是动态的,包括创建、调度、执行和消亡。当系统执行一个程序时，至少创建了一个进程。
进程内容
进程主要包括代码（正文）、用户程序、系统数据。系统数据有助于操作系统管理进程。系统数据段主要包括进程控制块（PCB Process Control Block）、CPU寄存器值、堆栈。
| 系统数据段 | 作用 |
|---|---|
| 进程控制块（pcb） | ① 进程标识PID ② 进程用户 ③ 进程状态、优先级 ④文件描述符表 |
| 寄存器 | 程序计数器PC（program counter）该寄存器保存了程序下一个指令的地址 |
| 堆栈 | C语言局部变量、函数的参数、返回值都是在栈上创建的 |
进程类型
- 交互进程：在Shell下启动。以在前台运行，也可以在后台运行。（后台运行给指令后加一个‘&’）
- 批处理进程：与在终端无关，被提交到一个作业队列中以便执行
- 守护进程：和终端没有关系，一直在后台运行
进程的状态
- 运行态：进程正在运行，或者准备运行
- 等待态：进程在等待一个事件的发生某种系统资源（分为可中断和不可中断）
- 停止态：进程被终止，收到信号后可继续运行
- 死亡态：已终止的程序，但是pcb没有被释放
- 进程状态图：
Linux下进程的相关命令
查看进程相关信息
| 终端命令 | 显示结果 |
|---|---|
ps -ef |
进程所有者、进程号、父进程号、进程执行时间、程序对应名称 |
ps aux |
相对于ps -ef还能够显示进程的当前状态（运行态、停止态、前台进程等） |
top |
可以查看进程动态信息（每隔3秒钟统计系统信息）能显示系统最消耗CPU资源的进程 |
| /proc目录查看 | 进入该目录下可以查看进程的详细信息 |
注意：使用ps命令都可以配合管道命令进行筛选相关进程信息。
修改进程优先级
| 命令 | 作用 |
|---|---|
nice |
按用户指定优先级运行进程 |
renice |
改变正在运行进程的优先级 |
示例：
nice -n 2 ./test#将test进程的nice值设置为2
renice -n 2 29070#将进程号为29070的nice值设置为2
注意：进程的nice值默认是0,范围为- 20~20，nice值越小则优先级越高。普通用户设置的nice值只能为0 ~ 20，且只能增加nice值
前后台进程切换
| 命令 | 作用 |
|---|---|
jobs |
查看后台进程（作业） |
bg |
将挂起的进程在后台运行 |
fg |
把后台运行的进程放到前台运行 |
进程相关函数
创建进程——fork
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);//pid_t 等价与有符号整型
- 创建新的线程，失败返回-1
- 创建成功时，父进程返回子进程的进程号，子进程返回0
- 通过fork()的返回值来区分父子进程
示例：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
pid_t pid;
if((pid=fork())<0){
perror("fork");//创建失败，打印错误信息
return -1;
}
else if(pid==0){
printf("child prosess:my pid is %d\n",getpid());//创建子进程，返回子进程的pid号
}
else{
printf("parent process:my pid is %d\n",getpid());//打印父进程的进程号
}
}
父子进程
- 子进程继承了父进程的内容（几乎赋值了父进程的全部内容，但是pid、ppid不同）
- 父子进程有独立的地址空间，互不影响
- 若父进程先结束
- 子进程成为孤儿进程,被init进程收养
- 子进程变成后台进程
- 若子进程先结束
- 父进程如果没有及时回收，子进程变成僵尸进程
注意：
1. 子进程是从fork函数的下一条语句开始执行，并没有执行fork
2. 内核先调用父进程就先执行父进程，先调用子进程就先执行子进程
3. 父进程可以多次调用fork，子进程也可以调用fork创建孙进程（注意进程的回收）
结束进程——exit/_exit/return
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
void exit(int status);//用stdlib.h头文件
void _exit(int status);//用unistd.h头文件
- 结束当前的进程并将status返回
- exit结束后会刷新流的缓冲区
示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
printf("this process will exit");//没有换行符只能写到标准输出流的缓冲区，不会在终端显示
exit(0);//结束进程，刷新缓冲区的流,因此上条语句会显示在终端上
printf("never be discovered");//不会被打印
}
exec函数族
作用
- 进程调用exec函数族执行某个程序
- 进程当前内容被指定程序替换
- 实现父子进程执行不同程序
- 父进程创建子进程
- 父进程调用exec函数族
- 父进程不受影响
#include <unistd.h>
int execl(const char *path,const *arg,...);//arg...传递给执行的程序的参数列表
int execlp(const char *file,const char *arg,...);//arg...传递给执行的程序的参数列表
int execv(const char *path,char *const argv[]);//arg...封装成指针数组的形式
int execvp(const char*file,char *const argv[]);//arg...封装成指针数组的形式
- 成功时返回指定程序；失败时返回EOF
- path执行的程序名称，包含路径
- file执行程序的名称，在PATH中查找
示例：
执行ls命令，显示/etc目录下所有文件的详细信息方式1：execl
if(execl("/bin/ls","ls","-a","-l","/etc",NULL)<0{//一定要以NULL结尾，并判断函数是否执行成功
perror("execl");
}
方式2：execlp
if(execl("ls","ls","-a","-l","/etc",NULL)<0{//会自动在PATH路劲搜索
perror("execl");
}
方式3：execv
char *arg[]={"ls","-a","-l","/etc",NULL};//将要传递的参数放在数组中
if(execv("/bin/ls",arg)<0){
perror("execv");
}
方式3:execvp
if(execvp("ls",arg)<0){
perror("execvp");//会自动在PATH路径中搜索
}
system函数
#include <stdlib.h>
int system(const char *command)
- 成功时返回command的返回值；失败时返回EOF（自动创建一个子进程，子进程执行命令）
- 当前进程（父进程）等待command执行结束后才继续执行。
进程回收——wait/waitpid
- 子进程结束时由父进程回收
- 孤儿进程由init进程回收
- 若孤儿进程没有回收会出现僵尸进程
回收函数——wait:
#include <unistd.h>
pid_t wait(int *status);
- 成功时返回回收子进程的进程号；失败时返回EOF
- 若子进程没有结束，父进程一直阻塞
- 若有多个子进程，那个进程先结束就先回收
- status指定保存子进程返回值和结束方式的地址
- status为NULL表示直接释放子进程PCB，不接收返回值
示例：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
int status;//接收返回值以及返回方式
pid_t pid;//接收fork的返回值
if((pid=fork())<0){
perror("fork");
exit(-1);
}
else if(pid==0){
sleep(1);//如果是子进程睡眠一秒
exit(2);//退出子进程
}
else{
wait(&status);//等待子进程结束
printf("%x\n",status);//打印输出结果
}
}
- 子进程通过exit/_exit/return返回某个值（0~255）
- 父进程通过调用wait（&status）回收
| 宏标识符 | 作用 |
|---|---|
| WIFEXITED(status) | 判断子进程是否正常结束 |
| WEXITSTATUS（status） | 获得子进程的返回值 |
| WIFSIGNALED（status） | 判断子进程是否被信号结束 |
| WTERMSIG（status） | 获取结束子进程的信号类型 |
回收函数——wait_pid:
#include<unistd.h>
pid_t waitpid(pid_t pid,int status,int option);
- 成功时返回回收子进程的pid或0；失败（如：没有子线程）返回EOF
- pid可用于指定回收那个子进程或任意子进程
- status指定用于保存子进程的返回值和结束方式的地址
- option指定回收方式，0（阻塞的方式，等待子进程结束）或WNOHANG（非阻塞）
示例：
waitpid(pid,&status,0);//指定进程的进程号，阻塞方式
waitpid(pid,&status,WNOHABG);//子进程结束返回子进程的进程号，没有结束返回0
waitpid(-1,&status,0);//-1表示回收任意一个子进程，等价于wait
waitpid(-1,&status,WNOHANG);//非阻塞的方式回收任意进程
守护进程
守护进程（Daemon）是Linux三种类型之一，通常在系统启动时运行，系统结束时关闭，Linux系统中大量使用，很多服务程序就是以守护进程形式运行。
Linux以会话（session）、进程组的方式管理进程，每个进程就属于一个进程组。而会话是一个或者多个进程组的集合。通常用户打开一个终端时，系统会创建一个临时会话，所有通过该终端运行的进程都属于这个会话。终端关闭时，所有进程会被结束。那么我们要使得守护进程与终端无关，当终端关闭的时候守护进程依旧可以运行。
守护进程特点
- 始终在后台运行
- 独立于任何终端
- 周期性的执行某种任务或等待处理特定事件
守护进程的创建
1. 创建子进程，父进程退出
if(fork()>0){
exit(0);
}
- 子进程变成孤儿进程，被init进程收养
- 子进程在后台运行，但是依旧和终端相关联
2. 子进程创建新会话
if(setsid()<0)//通过setsid创建一个新的会话
{
exit(-1);
}
- 子进程成为新的会话组长
- 子进程脱离原先的终端
3. 更改当前工作目录
chdir("/");
chdir("/tmp");//所有用户可读可写可执行
- 守护进程一直在后台运行，其工作目录不能被卸载
- 重新设定当前工作目录cwd
4. 重设文件权限掩码
if(umask(0)<0){
exit(-1);
}
- 文件权限掩码设置为0
- 只影响当前进程
5. 关闭打开的文件描述符
int i;
for(i=0;i<getdtablesize();i++)//文件描述符最小就是0。getdtablesize()返回当前进程打开最大文件数
{
close(i);
}
- 关闭所有从父进程继承的打开文件
- 已脱离终端，stdin/stdout/stderr无法再使用
示例：
创建守护进程，没隔1秒将系统时间写入文件time.log
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
int main()
{
pid_t pid;
FILE *fp;
time_t t;
int i;
if((pid = fork())< 0)
{
perror("fork");
exit(-1);
}
if(pid > 0)
{
exit(0);
}
else if(pid == 0)
{
if(setsid()< 0)//创建一个新的会话
{
perror("setsod");
exit(-1);
}
else
{
chdir("/tmp");//tmp目录可读可写可执行
if(umask(0) < 0)//重设文件权限掩码
{
exit(-1);
}
else
{
for(i=0;i<getdtablesize();i++)
{
close(i);
}
}
while(1)
{
fp = fopen("time.log","a+");
time(&t);
fprintf(fp,"%s",ctime(&t));
fflush(fp);
sleep(1);
}
}
}
}
不积小流无以成江河，不积跬步无以至千里。而我想要成为万里羊，就必须坚持学习来获取更多知识，用知识来改变命运，用博客见证成长，用行动证明我在努力。
如果我的博客对你有帮助、如果你喜欢我的博客内容，记得“点赞” “评论” “收藏”一键三连哦！听说点赞的人运气不会太差，每一天都会元气满满呦！如果实在要白嫖的话，那祝你开心每一天，欢迎常来我博客看看。
