1、什么是进程
在操作系统原理使用这样的术语来描述的:正在运行的程序及其占用的资源(CPU、内存、系统资源等)叫做进 程。我们使用vim编辑生成的C文件叫做源码,源码给程序员来看的但机器不识别,这时我们需要使用 编译器gcc编译生成CPU可识别的二进制可执行程序并保存在存储介质上,这时编译生成的可执行程序只能叫做程序而不能叫进 程。而一旦我们通过命令(./a.out)开始运行时,那正在运行的这个程序及其占用的资源就叫做进程了。很显然,一个程序可以执行多次,这也意味着多个进程可以执行同一个 程序。
2.fork()系统调用
Linux下有两个基本的系统调用可以用于创建子进程:fork()和vfork()。fork在英文中是"分叉"的意思。为什么取这个名字呢? 因为一个进程在运行中,如果使用了fork,就产生了另一个进程,于是进程就”分叉”了,所以这个名字取得很形象。在我们编 程的过程中,一个函数调用只有一次返回(return),但由于fork()系统调用会创建一个新的进程,这时它会有两次返回。一次返回 是给父进程,其返回值是子进程的PID(Process ID),第二次返回是给子进程,其返回值为0。所以我们在调用fork()后,需要通 过其返回值来判断当前的代码是在父进程还是子进程运行,如果返回值是0说明现在是子进程在运行,如果返回值>0说明是父进 程在运行,而如果返回值<0的话,说明fork()系统调用出错。fork 函数调用失败的原因主要有两个:
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <string.h>
4 #include <errno.h>
5
6 int main(int argc, char **argv)
7 {
8 pid_t pid;
9
10
printf("Parent process PID[%d] start running...\n", getpid() );
11
12 pid = fork();
13 if(pid < 0)
14 {
15 printf("fork() create child process failure: %s\n", strerror(errno));
16 return -1;
17 }
18 else if( pid == 0 )
19 {
20 printf("Child process PID[%d] start running, my parent PID is [%d]\n", getpid(), getppid());
21 return 0;
22 }
23 else // if( pid > 0 )
24 {
25 printf("Parent process PID[%d] continue running, and child process PID is [%d]\n", getpid(), pid);
26 return 0;
27 }
28 }
运行结果:
Parent process PID[26765] start running...
Parent process PID[26765] continue running, and child process PID is [26766]
Child process PID[26766] start running, my parent PID is [1](此处由于父进程比子进程先退出,所以子进程变成孤儿进程,子进程将被init进程认领,所以它的父进程号变成init进程的进程号【1】)
fork()系统调用会创建一个新的子进程,这个子进程是父进程的一个副本。这也意味着,系统在创建新的子进程成功后,会将 父进程的文本段、数据段、堆栈都复制一份给子进程,但子进程有自己独立的空间,子进程对这些内存的修改并不会影响父进程 空间的相应内存。这时系统中出现两个基本完全相同的进程(父、子进程),这两个进程执行没有固定的先后顺序,哪个进程先执 行要看系统的进程调度策略。如果需要确保让父进程或子进程先执行,则需要程序员在代码中通过进程间通信的机制来自己实 现。
接下来我们再写一个例子深入了解一下创建子进程的过程
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int g_var = 6;
char g_buf[]="A string write to stdout.\n";
int main (int argc, char **argv)
{
int var = 88;
pid_t pid;
printf("Befor fork\n");
if( (pid=fork()) < 0)
{
printf("fork() error: %s\n", strerror(errno));
return -2;
}
else if( 0 == pid)
{
printf("Child process PID[%d] running...\n", getpid());
g_var ++;
var ++;
}
else
{
printf("Parent process PID[%d] waiting...\n", getpid());
sleep(1);
}
printf("PID=%ld, g_var=%d, var=%d\n", (long) getpid(), g_var, var);
return 0;
}
运行结果:
Befor fork
Parent process PID[27642] waiting...
Child process PID[27643] running...
PID=27643,
g_var=7,
var=89 PID=27642,
g_var=6, var=88
在上面的编译运行过程我们可以看到,父进程在代码第21行创建了子进程后,系统会将父进程的文本段、数据段、堆栈都拷贝 一份给子进程,这样子进程也就继承了父进程数据段中的的全局变量g_var和局部变量var的值。
子进程继承父进程哪些东西
由子进程自父进程继承到:
1、进程的资格(真实(real)/有效(effective)/已保存(saved) 用户号(UIDs)和组号(GIDs))
2、环境(environment)变量
3、堆栈
4、内存
5、打开文件的描述符(注意对应的文件的位置由父子进程共享, 这会引起含糊情况) 执行时关闭(close-on-exec) 标志 (译者注:close-on-exec标志可通过fnctl()对文件描 述符设置,POSIX.1要求所有目录 流都必须在exec函数调用时关闭。更详细说明, 参见《APUE》 W. R. Stevens, 1993, 尤晋元等译(以下简称《高级编 程》), 3.13节和8.9节)
6、信号(signal)控制设定
7、nice值 (译者注:nice值由nice函数设定,该值表示进程的优先级, 数值越小,优先级越高) 进程调度类别(scheduler class) (译者注:进程调度类别指进程在系统中被调度时所属的类别,不同类别有不同优先级, 根据进程调度类别和nice值,进程调度程序可计算出每个进程的全局优先级(Global process prority),优先级高的进程优 先执行)
8、进程组号
9、对话期ID(Session ID) (译者注:译文取自《高级编程》,指:进程所属的对话期 (session)ID, 一个对话期包括一个或多 个进程组, 更详细说明参见《APUE》 9.5节) 当前
10、工作目录 根目录(根目录不一定是“/”,它可由chroot函数改变)
11、文件方式创建屏蔽字(file mode creation mask (umask))
12、资源限制
13、控制终端
子进程所独有:
1、进程号
2、不同的父进程号(译者注: 即子进程的父进程号与父进程的父进程号不同, 父进程号可由getppid函数得到)
3、自己的文件描述符和目录流的拷贝(译者注: 目录流由opendir函数创建,因其为顺序读取,顾称“目录流”)
4、子进程不继承父进程的进程,正文(text), 数据和其它锁定内存(memory locks) (译者注:锁定内存指被锁定的虚拟内存 页,锁定后, 不允许内核将其在必要时换出(page out), 详细说明参见《The GNU C Library Reference Manual》 2.2 版, 1999, 3.4.2节)
5、在tms结构中的系统时间(译者注:tms结构可由times函数获得, 它保存四个数据用于记录进程使用中央处理器 (CPU: Central Processing Unit)的时间,包括:用户时间,系统时间, 用户各子进程合计时间,系统各子进程合计时间)
6、资源使用(resource utilizations)设定为0
7、阻塞信号集初始化为空集(译者注:原文此处不明确, 译文根据fork函数手册页稍做修改)
8、不继承由timer_create函数创建的计时器 不继承异步输入和输出
9、父进程设置的锁(因为如果是排他锁,被继承的话就矛盾了)
多进程改写服务器程序:
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <getopt.h>
#define MSG_STR "Hello LingYun IoT Studio Client\n"
void print_usage(char *progname)
{
printf("%s usage: \n", progname);
printf("-p(--port): sepcify server listen port.\n");
printf("-h(--Help): print this help information.\n");
return ;
}
int main(int argc,char **argv)
{
int servfd = 0;
int cliefd = 0;
int port =0;
int on = 1;
int rv = -1;
int ch = 0;
char buf[1024] = {
0};
socklen_t len = 0;
pid_t pid;
struct sockaddr_in servaddr;
struct sockaddr_in clieaddr;
struct option opts[] = {
{
"port", required_argument, NULL, 'p'},
{
"help", no_argument, NULL, 'h'},
{
NULL, 0, NULL, 0}
};
while( (ch=getopt_long(argc, argv, "p:h", opts, NULL)) != -1 )
{
switch(ch)
{
case 'p':
port=atoi(optarg);
break;
case 'h':
print_usage(argv[0]);
return 0;
}
}
if( !port )
{
print_usage(argv[0]);
return 0;
}
servfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(servfd <0)
{
printf("create servfd failure:%s\n",strerror(errno));
return -1;
}
printf("create servfd[%d] successfully!\n",servfd);
setsockopt(servfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(port);
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
if(bind(servfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr)) < 0)
{
printf("bind port[%d] failure:%s\n",port,strerror(errno));
return -2;
}
listen(servfd,13);
printf("bind port[%d] successfully!\n",port);
while(1)
{
printf("Start accept new client incoming...\n");
cliefd = accept(servfd,(struct sockaddr *)&clieaddr,&len);
if(cliefd < 0)
{
printf("accept data[%d] failure:%s\n",cliefd,strerror(errno));
close(cliefd);
continue;
}
pid =fork();
if(pid <0)
{
printf("fork[%d] failure:%s\n",pid,strerror(errno));
close(cliefd);
continue;
}
else if(pid >0)
{
close(cliefd);
continue;
}
else if( pid == 0)
{
close(servfd);
printf("Child process start to commuicate with socket client...\n");
rv = read(cliefd,buf,sizeof(buf));
if(rv < 0)
{
printf("read cliefd[%d] failure:%s\n",cliefd,strerror(errno));
close(cliefd);
exit(0);
}
else if(rv == 0)
{
printf("cliefd disconnect!\n ");
close(cliefd);
exit(0);
}
printf("Read %d bytes data from Server: %s\n", rv, buf);
rv=write(cliefd, MSG_STR, strlen(MSG_STR));
if(rv < 0)
{
printf("Write to client by sockfd[%d] failure: %s\n", cliefd, strerror(errno));
close(cliefd);
exit(0);
}
printf("close client socket[%d] and child process exit\n", cliefd);
close(cliefd);
exit(0);
}
}
close(servfd);
return 0;
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