Linux软件编程（4）进程-开发者社区

最近学了Linux软件编程中进程的部分相关内容，进程和线程这一部分定义比较多，有的比较难以理解，建议搞懂、多背定义。

一、程序和进程

很多人会把程序和进程弄混，其实两者很好区分。
程序，是存放在磁盘上的代码文件，属于静态的，放在那里不会自己运行。
进程，是程序跑起来之后的动态过程，包含创建、调度、消亡完整生命周期。程序运行，就生成进程。

每个进程都有自己独一无二的标识 PID；PPID代表它父进程的ID，用来描述进程之间的父子关系。

二、进程常用命令

写代码之前，先要学会在终端观察进程。

top：实时查看CPU占用，看进程运行状态
ps -ef：查看全部进程，能看到PID、PPID
pstree：以树状打印，直观看到父子进程关系
ps -aux：查看进程详细运行状态

杀死进程：
kill -9 进程PID
killall -9 进程名
后台运行程序：在命令末尾加上&
./a.out &
jobs：查看当前终端下后台任务
fg 编号：把后台任务切回前台运行

修改进程优先级
nice -n 优先级程序
renice -n 优先级进程PID

三、进程虚拟内存空间

32位系统每个进程拥有0‑4G虚拟内存空间，分成几个段：

文本段：存放我们写的指令代码
数据段：字符串常量、全局变量、静态变量。分为初始化和未初始化两部分
系统数据段：堆、栈。堆用于动态内存malloc；栈保存局部变量、函数调用。
关键点：每个进程拥有独立虚拟地址空间。但是全部进程共享0‑4G虚拟内存，由操作系统做分时复用。两个进程看着地址一样，实际对应的物理内存不是同一块。

四、进程调度与进程状态

系统同时跑很多进程，依靠调度算法分配CPU时间。
常见调度算法：先来先执行、高优先级调度、时间片轮转、多级队列反馈、负载均衡。

时间片：CPU分配给单个进程一小段执行时间。宏观上多个程序同时运行，微观上CPU交替执行，同一时刻CPU只跑一个任务。

进程的7种状态

就绪态R：任务已经准备好了，等待分配CPU
运行态R：正在CPU上面执行
可唤醒等待态S：缺资源主动挂起，收到信号可以被唤醒
不可唤醒等待态D：等待过程不能被信号唤醒
停止态T：进程被暂停
僵尸态Z：代码已经执行完毕，但是资源没有被父进程回收
结束态X：资源已经回收，进程彻底消失

五、进程编程核心函数

fork()
pid_t fork(void);
功能：创建子进程。
返回值规则一定要记牢：

父进程：返回新创建子进程的PID（大于0）
子进程：返回0
创建失败：返回‑1

调用fork之后，会复制一份父进程地址空间，父子两个进程，从fork之后的代码分别往下执行。
注意：子进程不会从头重新执行main，从fork返回处继续运行。
如果子进程不写return/exit退出，子进程还会继续执行后面的代码，甚至继续fork，生成大量多余子进程。

getpid() / getppid()

getpid() 获取当前自己进程PID
getppid() 获取父进程PID

exit()
void exit(int status);
结束当前进程。
main函数里面exit()和return效果基本一致；普通函数内部return只是函数返回，不会结束进程，想要结束进程必须调用exit。

ps、僵尸进程怎么产生，如何避免？
产生原因：子进程代码执行结束，但是父进程没有回收子进程资源。子进程就变成僵尸进程Z，PID还占着，内存没有释放。

解决办法：

父进程先退出，子进程变成孤儿进程，会被系统init进程收养，由init帮忙回收。
父进程调用wait()，主动回收子进程，这是我们写代码最常用的方式。

七、wait函数
pid_t wait(int *wstatus);
功能：回收子进程资源，具备阻塞特性。如果子进程还没结束，父进程会卡在wait这里，原地等待。

返回值：成功返回被回收子进程PID；失败返回‑1。

参数wstatus用来保存子进程退出状态，配合一组宏使用：

WIFEXITED(wstatus) 判断子进程是否正常退出
WEXITSTATUS(wstatus) 获取子进程退出返回值
WIFSIGNALED(wstatus) 判断进程是不是被信号杀死
WTERMSIG(wstatus) 获取杀死进程的信号编号

八、waitpid函数

我们知道子进程退出之后，如果父进程不去回收它，子进程就会变成僵尸进程，仍然占用系统资源。waitpid就是用来回收指定子进程的系统调用。

pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);
参数说明

pid：想要回收的子进程PID
wstatus：指针，用来保存子进程退出状态信息，传NULL代表不关心退出状态
options：选项
0：阻塞回收。子进程没有退出，父进程就卡在这一行，一直等子进程结束。
WNOHANG：非阻塞回收。如果子进程还没结束，函数直接返回0，父进程不会卡住，可以继续干别的事。

返回值
成功：返回被回收的子进程pid
失败：返回-1
设置WNOHANG时，如果子进程还没有结束，返回0

wait只能随便等待任意一个子进程；waitpid可以精准指定回收哪一个子进程，还能选择阻塞或者非阻塞，处理僵尸进程更加灵活。

九、exec函数族：进程内部执行另一套程序

fork创建子进程之后，子进程复制父进程的代码。如果我们想要子进程去跑一个完全不一样的程序，就需要exec函数族。
exec不会创建新进程，它复用当前进程的PID，直接把原来的代码替换成新程序的代码。执行成功之后，后面的代码全部不会再运行。
一共有6个exec系列函数，名字后缀有含义：
l：list，参数以列表形式逐个传，最后必须以NULL结尾
v：vector，参数放到指针数组里面传进去
p：会去系统环境变量PATH路径里面查找程序文件，不用写完整路径
e：可以自己传入自定义环境变量
int execl(const char *path, const chararg, …/(char *)NULL */);
int execlp(const char *file, const chararg, …/(char *)NULL */);
int execle(const charpath, const chararg, …/,(char)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[]);