1. 程序和进程
什么是程序？什么是进程？
- 程序是计算机存储系统中的数据文件，如源代码程序和可执行程序
- 进程是程序关于某个数据集合的一次运行活动，是程序执行后得到的一个实体
- 在当代操作系统中，进程是资源分配的基本单位
程序和进程有什么联系？
- 没有程序就没有进程；但有了程序，未必就会有进程，如程序不运行、程序本身是动态库等
- 一个程序可能对应多个进程，如记事本程序多次运行，产生多个记事本进程
- 一个进程可能包含多个程序，如一个程序依赖多个动态库，每个动态库都是一个程序
2. 进程状态
进程三态模型：就绪、阻塞、运行。
- 就绪：进程已经做好了一切准备，一旦得到CPU，就会开始运行
- 阻塞：进程正在等待某一事件发生（如共享资源被释放、IO完成）而停止运行，在事件发生前，即使得到CPU也无法运行
- 运行：进程拥有CPU控制权，并正在运行
进程五态模型：与三态模型相比，多了新建、终止两种状态。
- 新建：进程还未创建完毕，不能被系统调度
- 终止：进程已结束运行，正在回收系统资源
3. 进程标识
每个进程都有一个非负整数的进程ID（pid），作为识别不同进程的唯一标识。
此外，每个进程还有一些其他标识符，包括父进程ID（ppid）、实际用户ID（uid）、有效用户ID（euid）、实际组ID（gid）、有效组ID（egid）。
#include <unistd>
pid_t getpid(); //返回值：调用进程的进程ID
pid_t getppid(); //返回值：调用进程的父进程ID
uid_t getuid(); //返回值：调用进程的实际用户ID
uid_t geteuid(); //返回值：调用进程的有效用户ID
uid_t getgid(); //返回值：调用进程的实际组ID
uid_t getegid(); //返回值：调用进程的有效组ID4. 进程创建
一个现有的进程可以调用fork函数创建一个新进程，这个新进程叫做子进程，调用fork的进程叫做父进程。
- 子进程获得父进程数据空间、堆、栈的副本
- 父进程和子进程共享代码段、文件描述符和文件偏移量
#include <unistd.h>
pid_t fork(); //若成功：子进程返回0，父进程返回子进程ID；若出错，返回-1fork的特点为：一次调用，两次返回。
- 父进程返回子进程ID的原因：父进程可以有多个子进程，但父进程不能通过函数获得其所有子进程的ID，因为没有这样的函数
- 子进程返回0的原因：一个进程只会有一个父进程，并且子进程还可以调用getppid获得其父进程ID
fork有以下两种用法：
- 父进程和子进程同时执行不同的代码段
- 子进程从fork返回后立即调用exec，执行另一个不同的程序
fork成功返回后，父进程和子进程继续执行后面的代码，但父子进程谁先执行，这点是不确定的。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int globvar = 10;
int main()
{
int var = 5;
pid_t pid = fork();
if (pid > 0)
{
sleep(2); //父进程休眠2秒，让子进程先运行
}
else if (pid == 0)
{
globvar++;
var++;
}
printf("pid = %d, globvar = %d, var = %d\n", getpid(), globvar, var);
return 0;
}
5. 进程终止
正常终止方式：
- 从main函数return
- 调用exit()、_Exit()、_exit()（对于linux，后两个函数是同义的）
- 进程的最后一个线程在其启动例程中调用return或pthread_exit()
异常终止方式：
- 调用abort()以产生SIGABRT信号
- 进程接收到某些信号
- 进程的最后一个线程对pthread_cancel()请求做出响应
6. 避免僵尸进程
僵尸进程的产生与危害
- 一个已经终止、但是其父进程尚未对其进行善后处理的进程，称为僵尸进程
- 子进程退出时，内核会释放它占用的内存等资源，但是仍然保留了一些信息，如进程ID
- 内核为终止子进程保留的信息直到父进程调用wait或waitpid时才会释放
- 如果父进程没有调用wait或waitpid，那么已经终止的子进程就会变成僵尸进程，其占用的进程ID会无法释放
- 大量的僵尸进程可能会使系统没有可用的进程ID，从而导致系统无法创建新进程
wait函数
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status); //成功返回终止子进程ID，失败返回-1当在父进程中调用了wait时：
- 如果所有子进程都还在运行，则父进程阻塞
- 如果有任意子进程终止，则取得其终止状态并立即返回
- 如果父进程没有子进程，则立即出错返回
如果wait的参数status不为NULL，那么子进程的终止状态就存放在它指向的内存中，如果不关心终止状态，可以将status指定为NULL。
waitpid函数
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); //成功返回终止子进程ID，失败返回-1或0waitpid的第二个参数status用法和wait一样，但waitpid相比于wait的不同之处在于：
- 当
pid > 0时，waitpid可以等待由pid指定的特定子进程 - 当
options == WNOHANG时，若pid指定的子进程尚未终止，waitpid不会阻塞，而是立即返回0 - 当
pid == -1 && options == 0时，waitpid等价于wait
虽然waitpid可以实现非阻塞版本的wait，但也存在一个缺陷：如果子进程在父进程waitpid(pid, NULL, WNOHANGE)之后才终止，那么即使父进程尚未结束，也不会给子进程收尸，也就是说，终止的子进程会一直处于僵尸进程状态，直到父进程退出。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
pid_t pid = fork();
if (pid == 0)
{
sleep(2); //确保父进程执行waitpid时子进程还在休眠
printf("child %d exit\n", getpid());
exit(0);
}
if (waitpid(pid, NULL, WNOHANG) == 0)
{
printf("waitpid return before child exit\n");
}
sleep(300); //虽然waitpid不阻塞，但在父进程终止前，子进程pid会一直是僵尸进程
re