学习嵌入式第二十八天

进程和线程

1.进程

1.基本概念

• 程序：存放在外存中的一段数据的集合
• 进程：是程序动态执行的过程，包括创建，调度和消亡

2.进程的创建

1. 进程空间的分布

   • 每个进程运行起来后，操作系统开辟0 - 4G的虚拟内存空间
   • 进程空间：用户空间+内核空间（不允许用户访问）
   • 用户空间：文本段（文本区）+数据段（数据区）+系统数据段（堆区、栈区）
   • 文本段：存放代码和指令
   • 数据段：字符串常量、已初始化全局变量/静态变量、未初始化全局变量/静态变量
   • 数据区存放数据特点：
     • 未经初始化值为0值
     • 编译时开辟空间
     • 程序结束时回收空间
   • 系统数据段：堆区（malloc空间）、栈区（局部变量、函数运行）
   • 堆区存放数据特点：
     • malloc申请堆区空间
   • 栈区存放数据特点：
     • 未经初始化值为随机值
     • 执行到变量定义开辟内存空间
     • 超过变量作用域回收变量空间

2. 虚拟地址和物理地址

   1. 虚拟地址
      • 所有能被用户看到的地址均为虚拟地址均为虚拟地址，表示用户可以寻址的范围
   2. 物理地址
      • 内存存放数据对应的实际硬件物理地址
   3. MMU
      • 实际地址和物理地址之间的映射由内存映射单元（MMU）完成

3. 多进程存储

   • 存储方式

     • 多个进程空间在操作系统中存储时，空间是独立的（物理地址是独立的）

     • 多个进程在操作系统中共用同一个虚拟内存空间（虚拟地址是共享的）

4. 多进程的调度

   1. 常见的进程调度算法
      1. 先来先执行，后来后执行
      2. 高优先级调度算法
      3. 时间片轮转调度算法
      4. 多级队列反馈调度算法
      5. 负载均衡调度算法
   2. 多进程调度的本质
      • 宏观并行，微观串行

5. 进程相关命令

   1. top

      示例：top
      功能：根据CPU占用率和内存占用率查看当前所有进程的信息PID：唯一区分进程的ID号
      USER：创建者
      PR/NI：优先级
      VIRT/RES/SHR：资源占用
      S：状态
      %CPU：CPU占用率
      %MEM：内存占用率
      TIME+：运行时长
      COMMAND：进程命令
      

   2. ps -ef

      示例：ps -ef
      功能：查看该时刻所有进程信息UID：创建进程用户
      PID：进程的ID号
      TIME/CMDps -ef | grep 进程名
      查找与进程名对应的进程信息
      

   3. ps -aux

      示例：ps -aux功能：查看该时刻所有进程的信息USER：创建者
      PID：进程的ID号
      %CPU：CPU占用率
      %MEM：内存占用率 
      VSZ 
      RSS 
      TTY      
      STAT：进程的状态 
      START   
      TIME 
      COMMAND
      

   4. 后台执行进程任务

      示例：./a.out &
      功能：后台执行a.out进程
      

   5. jobs

      示例：jobs
      功能：查看终端下所有后台进程任务
      

   6. fg

      示例：fg 编号（通过jobs查看）
      功能：后台执行的任务被放到前台执行
      

   7. nice/renice

      示例：nice -n 优先级编号 进程名renice -n 优先级编号 进程PID
      功能：改变进程的优先级优先级范围：-20~20
      数字越小优先级越高
      

   8. kill/killall

      示例：kill -编号 进程PIDkillall -编号 进程名功能：杀死进程
      

6. 进程的状态

   进程状态	标识	含义
   就绪态/运行态	R	进程位于CPU任务调度的队列中
   可唤醒等待态	S	等待某个资源的到来，资源到来后被唤醒加入调度队列，等待过程可被打断
   不可唤醒等待态	D	等待某个资源的到来，资源到来后被唤醒加入调度队列，等待过程不可被打断
   停止态	T	用户人为让进程任务暂停等待
   僵尸态	Z	进程代码运行结束，空间尚未回收
   结束态	X	进程代码运行结束，空间被回收

3.进程相关的函数接口

1. fork

   原型：pid_t fork(void);
   功能：创建一个新的进程，新的进程称为子进程，调用fork的进程称为父进程
   参数：缺省
   返回值：父进程中返回子进程的PID子进程中返回0出错返回-1
   

   • 子进程拷贝父进程文本段、数据段、系统数据段
   • 父进程与子进程空间独立，同一份代码中的个变量和数据都会在父子进程中各有一份，父子进程修改自己空间的数据不会影响对方
   • 进程的PID不一样
   • fork的返回值不一样
   • PID > 0

2. getpid和getppid

   原型：pid_t getpid(void);
   功能：获得调用函数进程的PID号原型：pid_t getppid(void);
   功能：获得调用函数父进程的PID号
   

3. exit和_exit

   原型：void exit(int status);
   功能：结束进程任务并返回进程结束状态
   参数：status：进程结束的状态值原型：void _exit(int status);
   功能：结束进程任务并返回进程结束状态
   参数：status：进程结束的状态值
   返回值：
   

   • 在主程序中调用和return功能一致
   • return在函数内部将结束该函数
   • exit在函数中会结束该进程
   • exit会在结束前刷新缓存区
   • _exit不会刷新缓存区

4. wait

   原型：pid_t wait(int *wstatus)
   功能：回收子进程空间
   参数：wstatus：存放子进程结束空间的首地址
   返回值：成功返回回收到的子进程的PID失败返回-1
   

   • wait具有阻塞等待功能，等到有子进程结束才会回收子进程继续向下执行

4.进程消亡

1. 孤儿进程
   • 父进程先结束，子进程会变成孤儿进程，被init进程收养
2. 僵尸进程
   • 每个进程结束必然会经历的阶段
   • 产生原因：子进程结束后，父进程没有回收子进程空间，导致进程执行结束，空间依然被占用的状态。
   • 避免产生僵尸进程
     • 父进程先结束，子进程会成为孤儿进程，孤儿进程被init进程收养，子进程再结束，init进程回收进程空间
     • 子进程结束，父进程回收子进程空间，

习题

编写一个程序，将当前系统中所有进程的PID、PPID、Name信息记录到record.txt文件中

#include<stdio.h>
#include<fcntl.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<dirent.h>
#include<math.h>
#include<time.h>
#include<sys/wait.h>int get_allnumdir(struct dirent *pp){char *pstr = NULL;pstr = pp->d_name;while(pstr != NULL && *pstr != '\0'){if(*pstr < '0' || *pstr > '9'){return -1;}pstr++;}return 1;
}
void get_information(FILE *fp1,char *name,char *pid,char *ppid){char buff[100] = {0};char *str = NULL;rewind(fp1);while(fgets(buff,sizeof(buff),fp1) != NULL){str = strtok(buff,"\t");if(0 == strcmp(str,"Name:")){str = strtok(NULL,"\n");strcpy(name,str);}else if(0 == strcmp(str,"Pid:")){str = strtok(NULL,"\n");strcpy(pid,str);}else if(0 == strcmp(str,"PPid:")){str = strtok(NULL,"\n");strcpy(ppid,str);}   }
}int main(void){FILE *fp = NULL;FILE *fp1 = NULL;DIR *dir = NULL;struct dirent *pp = NULL;char tmpbuff[4096] = {0};char ppid[10] = {0};char pid[10] = {0};char name[100] = {0};fp = fopen("record.txt","w");if(NULL == fp){perror("fail to fopen");return -1;}dir = opendir("/proc");if(NULL == dir){perror("fail to opendir");return -1;}while(1){tmpbuff[0] = '\0';memset(name, 0, sizeof(name));memset(pid, 0, sizeof(pid));memset(ppid, 0, sizeof(ppid));pp = readdir(dir);if(NULL == pp)break;if(get_allnumdir(pp) == 1){sprintf(tmpbuff,"/proc/%s/status",pp->d_name);fp1 = fopen(tmpbuff,"r");if(NULL == fp1){continue;}get_information(fp1,name,pid,ppid);fprintf(fp,"Name: %s\n",name);fprintf(fp,"PID: %s\n",pid);fprintf(fp,"PPID: %s\n",ppid);fclose(fp1);}}closedir(dir);fclose(fp);return 0;
}