3 多进程 - Bo2SS

课程内容#

进程是程序在内存中的镜像，是正在运行的程序，是程序的实例化，是一个复杂的集合体
- 包含开辟的内存空间、用户信息、组信息、权限、占用的资源、正在跑的代码、打开的文件等等
与之对应
- ① 什么是程序
  - 程序是编译好的可执行的二进制文件，放在磁盘上
    - 就是一个普通文件，有 x 权限
  - 程序的集合是应用
- ② 什么是线程
  - 线程代表一系列有顺序的、需要 CPU 执行的指令
  - 一个进程可能由一个或多个线程组成，同时执行指令
- [PS] 进程是 CPU资源分配的基本单位，线程是 CPU调度的基本单位

创建一个子进程 [进程接口]

man fork
原型 + 描述
- 返回值 [类型：pid_t]：进程 id
- 通过复制调用 fork 的进程 [父进程] 创建一个新进程 [子进程]，父进程和子进程运行在相互独立的内存空间
  - fork 完成时，两者有一样的内容，之后内存的写、文件映射不会互相影响
  - 当内存发生变化时，才会发生真正的拷贝 [写拷贝的概念]
    - 否则共用的是同一份内存空间
- 父子主要有以下的不同点：
  - 孩子有自己唯一的 PID，并且不和任何已存在的 PID 相同
  - 孩子认为的父亲 PID [getppid] 与真实的父亲 PID 相同
  - 孩子不会继承父亲的内存锁
  - 孩子的资源使用量和 CPU 使用时间都会重置为 0
  - 孩子不会继承待执行的信号、信号量、记录锁、计时器、异步 IO 操作
返回值
- 成功：在父进程中返回孩子的 PID，子进程中返回 0
  - 父亲无法再通过其他方式获得该孩子的 PID，儿子可通过 getppid 获得父亲的 PID
- 失败：返回 - 1，并设置 errno [没有创建子进程]

等待进程状态的改变

man wait
原型
- wstatus [int *]：返回子进程的状态
  - 如子进程中 return、exit 的值
  - 需要使用宏来解析，如 WIFEXITED (wstatus)，详见代码演示 —wait— 二
描述
- 等待对象：调用进程的孩子
- 状态改变情况：孩子被终止、被信号中断、被信号唤醒
- 当有被终止的孩子时，
  - wait 命令可以使系统释放孩子相关的资源
  - 否则 [不执行 wait 命令]，被终止的子进程就会变成僵尸进程[👇]
    - 死了的孩子没有被父进程察觉，其资源没有被释放
    - 可使用 top 查看
    - zombie 即僵尸进程
- 只要一个孩子已经改变状态，wait 命令就会被立马返回
  - 否则，会阻塞直到有孩子改变状态或者信号中断
返回值
- 返回被终止的孩子 PID 或者 - 1 [出错，并设置 errno]

执行一个文件 [一切皆文件]

在打开的文件上操作建议锁

[本质上是为了保护数据]

一、复制缓冲区、行缓冲

二、父子进程相互独立

输出结果
- ❗ 父进程一定先执行吗？
  - 不一定，父子进程完全独立，不相干，本质上谁先执行是由内核调度决定
  - 但父进程极大概率先执行，因为内核调度的每个进程有一个运行时间，父进程生了孩子后，它的运行时长还没到
[PS]
- 1 号进程 <pid 为 1 的进程> 是 init 进程，其它进程都是由它生出来的
- 与人类世界相反，计算机世界的第一个进程一直活着，等着给子进程收尸

三、创建 10 个子进程，并打印自己的序号

10 个子进程是亲兄弟

如果不加 18 行的 break
- 将产生 2^10 个进程：1 -> 2 -> 4 -> 8 -> 16 -> 32 -> ... -> 2^10
- 统计运行的父、子进程数量：ps -ef | grep -v grep | grep Ten | wc -l
  - [Ten 为可执行程序名]
sleep 时长不会叠加
- 进程遇到 sleep，系统调度换到其它进程运行，最后等待时间只体现约 10s
i 变量被子进程带走后就独立了，不会因父进程中 i 变量的改变而改变

一、制造僵尸进程

不用 wait 感知子进程的终止，即会产生僵尸进程
用户有多种查看僵尸进程的方式 [让程序在后台运行：./a,out &]
- 基于 ps，查看有 defunct 或 Z 标记的进程
- 基于 top
- 利用 pstree 可以看到僵尸进程的血缘关系
[PS] 杀僵尸进程需要杀其父进程；该父进程的父进程是 zsh，程序结束后，zsh 会告知系统对父子进程收尸

二、感知子进程返回状态

【替换为全新的进程】

子进程在第 17 行被替换为全新的进程 [vim]，之后的代码永远不会被执行
- fork 后直接 exec：不会在 fork 时复制父进程的内存空间又在 exec 时马上启用 [写拷贝概念：当内存发生变化时，才会发生真正的拷贝]
wait (NULL) 负责收尸
execlp 的第二个参数可以任意，但和第一个参数有关联更有意义
- 在下面可以体现该参数的某方面意义
- 如果将 exec 代码换成第 17 行，第二个参数随意取名
- 生成可执行文件 Test 的源文件 test.c 如下：
  - 输出 argv [0] 的值
- 执行上下两份代码的结果如下：
  - 可见，第二个参数体现在了 argv [0] 变量里