Beginning Linux Programming 笔记11-进程和信号

进程和信号构成了LINUX操作环境最基础的部分。
它们控制了LINUX系统几乎所有的活动。

LINUX环境中进程如何被处理，如何准确地发现计算机在干什么，怎样启动或停止其他的进程，怎么使进程收发消息，如何避免僵尸进程？在这一章都会给出答案。

特别地，我们需要了解：
1.进程结构，类型和调度；
2.开始新的进程的不同方式；
3.父，子，僵尸进程；
4.什么是信号，如何被使用。

进程：是一个地址空间，带着若干个同时运行的线程，以及这些线程所需要的资源。

多任务操作系统会让许多程序一起跑，每个程序就构成1个进程。

进程结构
每个进程会被分配一个唯一的标识符 PID （范围 2--32768， init进程就是1）
#include
int getpid(void);   //取得当前进程的PID
int getppid(void);  //取得当前进程的父进程的PID

/proc目录下放了特定的进程文件

LINUX系统有虚拟存储系统，可以把超出物理存储空间以外的进程装进物理内存空间。

进程表
$ps -af
$ps -ax

进程调度
LINUX调度器基于优先级决定哪个进程该跑。高优先级的跑得更频繁，低优先级的会因为高优先级进程作好了准备而根本没法跑。

启动新的进程
1.system 函数

2.exec 系列函数 ：代替当前执行的线程
int execv(const char* pathname, char *const argv[])

3.fork 函数 复制新的进程
在进程表中创建1个新的process entry，跑同样的代码，与当前进程有很多相同的属性，但是有自己的数据空间，环境和文件描述符。
#include
#include
pid_t fork(void);

Initial Process
      |
Fork() ----------------------------
      |                                                                      |
return a new PID                                        return 0
      |                                                                      |
Original Process continue                      New Process

fork失败，会返回－1，这通常是由于子进程数量的限制CHILD_MAX，相应的errno是EAGAIN. 如果没有足够的空间资源，errno会是ENOMEM

当fork被调用时,当前进程会分成2个进程，区分父进程的方式是返回非零值（即新创建的子进程的PID）。而子进程则是返回0。


4.等待进程
#include
#include
pid_t wait(int* stat_loc);

wait会导致父进程阻塞，直到它的1个子进程结束或者父根本没有子进程。这个调用会返回该子进程的PID。如果有错误，返回－1，错误码保存在errno中。

用宏WIFEXITED(stat_loc)判断子进程是否正常退出；
用宏WEXITSTATUS(stat_loc)返回子进程的退出码。


#include
#include
#include
#include
int main()
{
    pid_t pid;
    char *message;
    int n;
    int exit_code;
    printf("fork program starting\n");
    pid = fork();
    switch(pid)
    {
    case -1:
        perror("fork failed");
        return 1;
    case 0:
        message = "This is the child";
        n = 5;
        exit_code=37;
        break;
    default:
        message = "This is the parent";
        n = 3;
        exit_code=0;
        break;
    }
    for(; n > 0; n--) {
        puts(message);
        sleep(1);
    }
    if(pid!=0){
        printf("child PID= %d\n", pid);
        int stat_val;
        pid_t child_pid;
        child_pid = wait(&stat_val);
       if(-1==child_pid){
          printf("errno: %d\n", errno);
       }
        printf("child process has finished: PID=%d\n", child_pid);
        if(WIFEXITED(stat_val)){
                printf("xxx %d\n", stat_val);
                printf("Child exited with code %d\n", WEXITSTATUS(stat_val));
                printf("xxx %d\n", stat_val);

        }
        else
                printf("Child terminated abnormally\n");
    }
    return exit_code;
}


父进程创建子进程后,子进程一般要执行不同的程序.为了调用系统程序,我们可以使用系统调用exec族调用.


zombie
zombie进程又叫defunct进程
“僵尸”进程是一个早已死亡的进程，但在进程表（processs table）中仍占了一个位置（slot）。所以，defunct进程不仅占用系统的内存资源，影响系统的性能，而且如果其数目太多，还会导致系统瘫痪。

我们知道，每个Unix进程在进程表里都有一个进入点（entry），核心程序执行该进程时使用到的一切信息都存储在进入点。当用ps命令察看系统中的进 程信息时，看到的就是进程表中的相关数据。当以fork()系统调用建立一个新的进程后，核心进程就会在进程表中给这个新进程分配一个进入点，然后将相关 信息存储在该进入点所对应的进程表内。这些信息中有一项是其父进程的识别码。当这个进程走完了自己的生命周期后，它会执行exit()系统调用，此时原来 进程表中的数据会被该进程的退出码（exit code）、执行时所用的CPU时间等数据所取代，这些数据会一直保留到系统将它传递给它的父进程为止。由此可见，defunct进程的出现时间是在子进 程终止后，但是父进程尚未读取这些数据之前。

线程
进程虽然可以通过共享内存或片段来完成一定的协作，但是本质上是分割的空间，不能共享变量。
线程可以，详细以后再讨论。


信号Signal
信号机制是进程之间相互传递消息的一种方法，信号全称为软中断信号，也有人称作软中断。从它的命名可以看出，它的实质和使用很象中断。所以，信号可以说是进程控制的一部分。

信号只是用来通知某进程发生了什么某种异步事件，并不给该进程传递任何数据。
信号的操作有raise，catch两种。

在进程表的表项中有一个软中断信号域，该域中每一位对应一个信号，当有信号发送给进程时，对应位置位。由此可以看出，进程对不同的信号可以同时保留，但对于同一个信号，进程并不知道在处理之前来过多少个。

进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。
#include
#include
int kill(pid_t pid, int sig);
将信号sig传送给进程pid

void (*signal(int sig, void (*handler)(int)))(int);
设置信号sig的处理函数handler.当信号发生，handler被执行后，系统会恢复原来的预设处理函数。

#include
int pause(void);
令当前进程暂停进入睡眠状态，直到信号发生

信号类型

1. 与进程终止相关的信号。当进程退出，或者子进程终止时，发出这类信号。
2. 与进程例外事件相关的信号。如进程越界，或企图写一个只读的内存区域（如程序正文区），或执行一个特权指令及其他各种硬件错误。
3. 与在系统调用期间遇到不可恢复条件相关的信号。如执行系统调用exec时，原有资源已经释放，而目前系统资源又已经耗尽。
4. 与执行系统调用时遇到非预测错误条件相关的信号。如执行一个并不存在的系统调用。
5. 在用户态下的进程发出的信号。如进程调用系统调用kill向其他进程发送信号。
6. 与终端交互相关的信号。如用户关闭一个终端，或按下break键等情况。
7. 跟踪进程执行的信号

POSIX1.1中的信号包括

信号　　　值　　处理动作　发出信号的原因

SIGHUP    1　　　 　A　　终端挂起或者控制进程终止
SIGINT    2　　　   A　　键盘中断（如break键被按下）
SIGQUIT   3　　 　  C　　键盘的退出键被按下
SIGILL    4　　 　　C　　非法指令
SIGTRAP   5         C    跟踪/断点捕获
SIGABRT   6　　　　 C　　由abort(3)发出的退出指令
SIGBUS    7         C    总线错误(错误的内存访问)
SIGFPE    8　　　　 C　　浮点异常
SIGKILL   9　　     AEF　 Kill信号
SIGSEGV   11　　 　 C　　无效的内存引用
SIGALRM   14　　　  A　　由alarm(2)发出的信号
SIGTERM   15　　　  A　　终止信号

动作A: terminate进程
动作B： 忽略
动作C: terminate进程并转储coredump


#include
#include
#include
#include

static int alarm_fired = 0;
void ding(int sig)
{
  alarm_fired = 1;
}
int main()
{       pid_t pid;
    printf("alarm app starting\n");
    pid=fork();
    switch(pid){
    case -1:
        perror("fork failed");
        return 1;
    case 0:
        sleep(5);
        kill(getppid(), SIGALRM);
        return 0;
    }


    printf("waiting for alarm to go off\n");
    (void) signal(SIGALRM, ding);
    pause();
    if (alarm_fired) printf("Ding!\n");

    printf("done\n");
    return 0;
}

#include
int alarm(int seconds);
经过指定的秒数后raise信号SIGALRM

#include
#include
void handler(int sig) {
    printf(“hello\n”);
}
main()
{
   int i;
   signal(SIGALRM,handler);
   alarm(5);

   for(i=1;i<7;i++){
      printf(“sleep %d ...\n”,i);
      sleep(1);
   }
}