一、進(jìn)程的簡介

1、什么是進(jìn)程，進(jìn)程的概念

??進(jìn)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，而非靜態(tài)文件，它是程序的一次運(yùn)行過程，當(dāng)應(yīng)用程序被加載到內(nèi)存中運(yùn)行之后它就稱為了一個(gè)進(jìn)程，當(dāng)程序運(yùn)行結(jié)束后也就意味著進(jìn)程終止，這就是進(jìn)程的一個(gè)生命周期。

2、進(jìn)程狀態(tài)

??Linux 系統(tǒng)下進(jìn)程通常存在 6 種不同的狀態(tài)，分為：就緒態(tài)、運(yùn)行態(tài)、僵尸態(tài)、 可中斷睡眠狀態(tài)（淺度睡眠）、不可中斷睡眠狀態(tài)（深度睡眠）以及暫停態(tài)。
??? 就緒態(tài)（Ready） ： 指該進(jìn)程滿足被 CPU 調(diào)度的所有條件但此時(shí)并沒有被調(diào)度執(zhí)行，只要得到 CPU就能夠直接運(yùn)行；意味著該進(jìn)程已經(jīng)準(zhǔn)備好被 CPU 執(zhí)行，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程的時(shí)間片到達(dá)，操作系統(tǒng)調(diào)度程序會(huì)從就緒態(tài)鏈表中調(diào)度一個(gè)進(jìn)程；
??? 運(yùn)行態(tài)： 指該進(jìn)程當(dāng)前正在被 CPU 調(diào)度運(yùn)行，處于就緒態(tài)的進(jìn)程得到 CPU 調(diào)度就會(huì)進(jìn)入運(yùn)行態(tài)；
??? 僵尸態(tài)： 僵尸態(tài)進(jìn)程其實(shí)指的就是僵尸進(jìn)程，指該進(jìn)程已經(jīng)結(jié)束、但其父進(jìn)程還未給它“收尸”；
??? 可中斷睡眠狀態(tài)： 可中斷睡眠也稱為淺度睡眠，表示睡的不夠“死”，還可以被喚醒，一般來說可以通過信號來喚醒；
??? 不可中斷睡眠狀態(tài)： 不可中斷睡眠稱為深度睡眠，深度睡眠無法被信號喚醒，只能等待相應(yīng)的條件成立才能結(jié)束睡眠狀態(tài)。把淺度睡眠和深度睡眠統(tǒng)稱為等待態(tài)（或者叫阻塞態(tài)） ，表示進(jìn)程處于一種等待狀態(tài)，等待某種條件成立之后便會(huì)進(jìn)入到就緒態(tài)；所以，處于等待態(tài)的進(jìn)程是無法參與進(jìn)程系統(tǒng)調(diào)度的。
??? 暫停態(tài)： 暫停并不是進(jìn)程的終止，表示進(jìn)程暫停運(yùn)行，一般可通過信號將進(jìn)程暫停，譬如 SIGSTOP信號；處于暫停態(tài)的進(jìn)程是可以恢復(fù)進(jìn)入到就緒態(tài)的，譬如收到 SIGCONT 信號。一個(gè)新創(chuàng)建的進(jìn)程會(huì)處于就緒態(tài)，只要得到 CPU 就能被執(zhí)行。以下列出了進(jìn)程各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，如下所示：

3、什么是進(jìn)程號

??Linux 系統(tǒng)下的每一個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)進(jìn)程號（process ID，簡稱 PID），進(jìn)程號是一個(gè)正數(shù)，用于唯一標(biāo)
識系統(tǒng)中的某一個(gè)進(jìn)程。

4、進(jìn)程間的通信方法（IPC）

??①管道通信：分別為有名管道和無名管道。
??②信號。
??③共享內(nèi)存。
??④消息隊(duì)列。
??⑤信號量。
??⑥套接字（socket）。

二、 fork()創(chuàng)建子進(jìn)程

三、父、 子進(jìn)程間的文件共享

??調(diào)用 fork()函數(shù)之后，子進(jìn)程會(huì)獲得父進(jìn)程所有文件描述符的副本，這些副本的創(chuàng)建方式類似于 dup()，
這也意味著父、子進(jìn)程對應(yīng)的文件描述符均指向相同的文件表，如下圖所示：

??由此可知，子進(jìn)程拷貝了父進(jìn)程的文件描述符表，使得父、子進(jìn)程中對應(yīng)的文件描述符指向了相同的文件表， 也意味著父、子進(jìn)程中對應(yīng)的文件描述符指向了磁盤中相同的文件，因而這些文件在父、子進(jìn)程間實(shí)現(xiàn)了共享，譬如，如果子進(jìn)程更新了文件偏移量，那么這個(gè)改變也會(huì)影響到父進(jìn)程中相應(yīng)文件描述符的位置偏移量。

1、實(shí)驗(yàn)1

??父進(jìn)程打開文件之后，然后 fork()創(chuàng)建子進(jìn)程，此時(shí)子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程打開的文件描述符（父進(jìn)程文件描述符的副本） ，然后父、子進(jìn)程同時(shí)對文件進(jìn)行寫入操作。

??上圖測試結(jié)果可知，此種情況下，父、子進(jìn)程分別對同一個(gè)文件進(jìn)行寫入操作，結(jié)果是接續(xù)寫，不管是父進(jìn)程，還是子進(jìn)程，在每次寫入時(shí)都是從文件的末尾寫入， 很像使用了 O_APPEND 標(biāo)志的效果。 其原因也非常簡單， 圖 9.6.1 中便給出了答案，子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程的文件描述符，兩個(gè)文件描述符都指向了一個(gè)相同的文件表，意味著它們的文件偏移量是同一個(gè)、綁定在了一起，相互影響，子進(jìn)程改變了文件的位置偏移量就會(huì)作用到父進(jìn)程，同理，父進(jìn)程改變了文件的位置偏移量就會(huì)作用到子進(jìn)程。

2、實(shí)驗(yàn)2

??父進(jìn)程在調(diào)用 fork()之后，此時(shí)父進(jìn)程和子進(jìn)程都去打開同一個(gè)文件，然后再對文件進(jìn)行寫入操作。

??上圖測試結(jié)果可知，這種文件共享方式實(shí)現(xiàn)的是一種兩個(gè)進(jìn)程分別各自對文件進(jìn)行寫入操作，因?yàn)楦?、子進(jìn)程的這兩個(gè)文件描述符分別指向的是不同的文件表，意味著它們有各自的文件偏移量，一個(gè)進(jìn)程修改了文件偏移量并不會(huì)影響另一個(gè)進(jìn)程的文件偏移量，所以寫入的數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)覆蓋的情況。

四、使用execl函數(shù)執(zhí)行新程序

??當(dāng)子進(jìn)程的工作不再是運(yùn)行父進(jìn)程的代碼段，而是運(yùn)行另一個(gè)新程序的代碼，那么這個(gè)時(shí)候子進(jìn)程可以通過 exec 函數(shù)來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行另一個(gè)新的程序。而execl函數(shù)是exec族函數(shù)里面的其中一個(gè)員，但它是比較常使用的那個(gè)。
??1、先創(chuàng)建新的程序hello.c文件。

??2、創(chuàng)建一個(gè)execl.c文件，功能：創(chuàng)建子進(jìn)程，并且將子進(jìn)程繼承的父進(jìn)程的程序替換成新的程序，并運(yùn)行。

??上圖測試現(xiàn)象可知，execl函數(shù)是可以替換子進(jìn)行的程序，然后執(zhí)行新的程序的。

五、關(guān)于終端上對進(jìn)程的一些指令操作

??指令：ps -aux
??其功能是查看系統(tǒng)進(jìn)程的詳細(xì)信息。

??指令： | grep
??其功能是管道篩選信息。

??指令：kill -9 [pid]
??其功能是殺死，結(jié)束對應(yīng)進(jìn)程。

六、孤兒進(jìn)程

??父進(jìn)程先于子進(jìn)程結(jié)束，也就是意味著，此時(shí)子進(jìn)程變成了一個(gè)“孤兒”，我們把這種進(jìn)程就稱為孤兒進(jìn)程；因?yàn)樽舆M(jìn)程在結(jié)束后需要父進(jìn)程將子進(jìn)程的一些資源釋放掉，而父進(jìn)程先于子進(jìn)程結(jié)束的話，那么系統(tǒng)就會(huì)讓init進(jìn)程接管父進(jìn)程職責(zé)，釋放結(jié)束后的子進(jìn)程資源。 在 Linux 系統(tǒng)當(dāng)中，所有的孤兒進(jìn)程都自動(dòng)成為 init 進(jìn)程（進(jìn)程號為 1）的子進(jìn)程， 換言之，某一子進(jìn)程的父進(jìn)程結(jié)束后，該子進(jìn)程調(diào)用 getppid()將返回 1， init 進(jìn)程變成了孤兒進(jìn)程的“養(yǎng)父”。

??孤兒進(jìn)程程序?qū)崿F(xiàn)與測試：

??由上圖測試結(jié)果可知，在紅色框框中，父進(jìn)程還未結(jié)束；在黃色框框中，由于子進(jìn)程sleep阻塞了3秒，父進(jìn)程先于子進(jìn)程結(jié)束了，然后子進(jìn)程的父進(jìn)程（pid=10604）變成了父進(jìn)程（pid=2122），在右邊框框可知，pid：2122是/sbin/upstart其實(shí)就是init進(jìn)程。

七、僵尸進(jìn)程

??進(jìn)程結(jié)束之后，通常需要其父進(jìn)程為其“收尸”，回收子進(jìn)程占用的一些內(nèi)存資源，父進(jìn)程通過調(diào)用wait()（或其變體 waitpid()、 waitid()等）函數(shù)回收子進(jìn)程資源，歸還給系統(tǒng)。
??如果子進(jìn)程先于父進(jìn)程結(jié)束，此時(shí)父進(jìn)程還未來得及給子進(jìn)程“收尸”，那么此時(shí)子進(jìn)程就變成了一個(gè)僵尸進(jìn)程。 子進(jìn)程結(jié)束后其父進(jìn)程并沒有來得及立馬給它“收尸”， 子進(jìn)程處于“曝尸荒野”的狀態(tài)，在這么一個(gè)狀態(tài)下，我們就將子進(jìn)程成為僵尸進(jìn)程；至于名字由來，肯定是對電影情節(jié)的一種效仿！
??當(dāng)父進(jìn)程調(diào)用 wait()（或其變體，下文不再強(qiáng)調(diào)）為子進(jìn)程“收尸”后，僵尸進(jìn)程就會(huì)被內(nèi)核徹底刪除。另外一種情況，如果父進(jìn)程并沒有調(diào)用 wait()函數(shù)然后就退出了，那么此時(shí) init 進(jìn)程將會(huì)接管它的子進(jìn)程并自動(dòng)調(diào)用 wait()， 故而從系統(tǒng)中移除僵尸進(jìn)程。
??如果父進(jìn)程創(chuàng)建了某一子進(jìn)程，子進(jìn)程已經(jīng)結(jié)束，而父進(jìn)程還在正常運(yùn)行，但父進(jìn)程并未調(diào)用 wait()回收子進(jìn)程，此時(shí)子進(jìn)程變成一個(gè)僵尸進(jìn)程。 首先來說，這樣的程序設(shè)計(jì)是有問題的，如果系統(tǒng)中存在大量的僵尸進(jìn)程，它們勢必會(huì)填滿內(nèi)核進(jìn)程表，從而阻礙新進(jìn)程的創(chuàng)建。需要注意的是，僵尸進(jìn)程是無法通過信號將其殺死的，即使是“一擊必殺”信號 SIGKILL 也無法將其殺死，那么這種情況下，只能殺死僵尸進(jìn)程的父進(jìn)程（或等待其父進(jìn)程終止），這樣 init 進(jìn)程將會(huì)接管這些僵尸進(jìn)程，從而將它們從系統(tǒng)中清理掉！所以，在我們的一個(gè)程序設(shè)計(jì)中，一定要監(jiān)視子進(jìn)程的狀態(tài)變化，如果子進(jìn)程終止了，要調(diào)用 wait()將其回收，避免僵尸進(jìn)程。

??僵尸進(jìn)程程序?qū)崿F(xiàn)與測試：

??通過命令可以查看到子進(jìn)程 10997 依然存在，可以看到它的狀態(tài)欄顯示的是“Z”（zombie，僵尸），表示它是一個(gè)僵尸進(jìn)程。 僵尸進(jìn)程無法被信號殺死，大家可以試試，要么等待其父進(jìn)程終止、要么殺死其父進(jìn)程，讓 init 進(jìn)程來處理，當(dāng)我們殺死其父進(jìn)程之后，僵尸進(jìn)程也會(huì)被隨之清理。

1、監(jiān)視子進(jìn)程

??在很多應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)中，父進(jìn)程需要知道子進(jìn)程于何時(shí)被終止，并且需要知道子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)信息，是正常終止、還是異常終止亦或者被信號終止等，意味著父進(jìn)程會(huì)對子進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)視。而這可以通過系統(tǒng)調(diào)用 wait()以及其它變體來監(jiān)視子進(jìn)程的狀態(tài)改變。

??wait()函數(shù)：
??對于許多需要?jiǎng)?chuàng)建子進(jìn)程的進(jìn)程來說，有時(shí)設(shè)計(jì)需要監(jiān)視子進(jìn)程的終止時(shí)間以及終止時(shí)的一些狀態(tài)信息，在某些設(shè)計(jì)需求下這是很有必要的。 系統(tǒng)調(diào)用 wait()可以等待進(jìn)程的任一子進(jìn)程終止，同時(shí)獲取子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)信息，其函數(shù)原型如下所示：

??使用wait函數(shù)監(jiān)視子進(jìn)程程序?qū)崿F(xiàn)與測試：

??實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，父進(jìn)程也是經(jīng)過2秒的等待后才進(jìn)行對子進(jìn)程收尸處理的，說明wait()函數(shù)能起到監(jiān)視和減少子進(jìn)程變成僵尸進(jìn)程發(fā)生。

八、守護(hù)進(jìn)程

1、何為守護(hù)進(jìn)程

??守護(hù)進(jìn)程（Daemon） 也稱為精靈進(jìn)程，是運(yùn)行在后臺的一種特殊進(jìn)程，它獨(dú)立于控制終端并且周期性地執(zhí)行某種任務(wù)或等待處理某些事情的發(fā)生， 主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)特點(diǎn)：
??? 長期運(yùn)行。 守護(hù)進(jìn)程是一種生存期很長的一種進(jìn)程，它們一般在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)開始運(yùn)行，除非強(qiáng)行終止，否則直到系統(tǒng)關(guān)機(jī)都會(huì)保持運(yùn)行。 與守護(hù)進(jìn)程相比，普通進(jìn)程都是在用戶登錄或運(yùn)行程序時(shí)創(chuàng)建，在運(yùn)行結(jié)束或用戶注銷時(shí)終止，但守護(hù)進(jìn)程不受用戶登錄注銷的影響，它們將會(huì)一直運(yùn)行著、直到系統(tǒng)關(guān)機(jī)。
??? 與控制終端脫離。 在 Linux 中，系統(tǒng)與用戶交互的界面稱為終端，每一個(gè)從終端開始運(yùn)行的進(jìn)程都會(huì)依附于這個(gè)終端，這是上一小節(jié)給大家介紹的控制終端，也就是會(huì)話的控制終端。當(dāng)控制終端被關(guān)閉的時(shí)候， 該會(huì)話就會(huì)退出， 由控制終端運(yùn)行的所有進(jìn)程都會(huì)被終止， 這使得普通進(jìn)程都是和運(yùn)行該進(jìn)程的終端相綁定的； 但守護(hù)進(jìn)程能突破這種限制，它脫離終端并且在后臺運(yùn)行， 脫離終端的目的是為了避免進(jìn)程在運(yùn)行的過程中的信息在終端顯示并且進(jìn)程也不會(huì)被任何終端所產(chǎn)生的信息所打斷。
??守護(hù)進(jìn)程是一種很有用的進(jìn)程。 Linux 中大多數(shù)服務(wù)器就是用守護(hù)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)的，譬如， Internet 服務(wù)器inetd、 Web 服務(wù)器 httpd 等。同時(shí)，守護(hù)進(jìn)程完成許多系統(tǒng)任務(wù)，譬如作業(yè)規(guī)劃進(jìn)程 crond 等。
??守護(hù)進(jìn)程 Daemon，通常簡稱為 d，一般進(jìn)程名后面帶有 d 就表示它是一個(gè)守護(hù)進(jìn)程。守護(hù)進(jìn)程與終端無任何關(guān)聯(lián)，用戶的登錄與注銷與守護(hù)進(jìn)程無關(guān)、不受其影響，守護(hù)進(jìn)程自成進(jìn)程組、自成會(huì)話，即pid=gid=sid。通過命令"ps -ajx"查看系統(tǒng)所有的進(jìn)程，如下所示：

??TTY 一欄是問號？表示該進(jìn)程沒有控制終端，也就是守護(hù)進(jìn)程，其中 COMMAND 一欄使用中括號[]括起來的表示內(nèi)核線程，這些線程是在內(nèi)核里創(chuàng)建，沒有用戶空間代碼，因此沒有程序文件名和命令行，通常采用 k 開頭的名字，表示 Kernel。

2、編寫守護(hù)進(jìn)程程序

??編寫守護(hù)進(jìn)程一般包含如下幾個(gè)步驟：
??1) 創(chuàng)建子進(jìn)程、終止父進(jìn)程
??父進(jìn)程調(diào)用 fork()創(chuàng)建子進(jìn)程，然后父進(jìn)程使用 exit()退出，這樣做實(shí)現(xiàn)了下面幾點(diǎn)。第一，如果該守護(hù)進(jìn)程是作為一條簡單地 shell 命令啟動(dòng)，那么父進(jìn)程終止會(huì)讓 shell 認(rèn)為這條命令已經(jīng)執(zhí)行完畢。第二，雖然子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程的進(jìn)程ID，但它有自己獨(dú)立的進(jìn)程ID，這保證了子進(jìn)程不是一個(gè)進(jìn)程組的組長進(jìn)程，這是下面將要調(diào)用 setsid 函數(shù)的先決條件！
??2) 子進(jìn)程調(diào)用 setsid 創(chuàng)建會(huì)話
??這步是關(guān)鍵，由于之前子進(jìn)程并不是進(jìn)程組的組長進(jìn)程，所以調(diào)用 setsid()會(huì)使得子進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)新的會(huì)話，子進(jìn)程成為新會(huì)話的首領(lǐng)進(jìn)程，同樣也創(chuàng)建了新的進(jìn)程組、子進(jìn)程成為組長進(jìn)程，此時(shí)創(chuàng)建的會(huì)話將沒有控制終端。 所以這里調(diào)用 setsid 有三個(gè)作用：讓子進(jìn)程擺脫原會(huì)話的控制、讓子進(jìn)程擺脫原進(jìn)程組的控制和讓子進(jìn)程擺脫原控制終端的控制。在調(diào)用 fork 函數(shù)時(shí)，子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程的會(huì)話、進(jìn)程組、控制終端等，雖然父進(jìn)程退出了，但原先的會(huì)話期、進(jìn)程組、控制終端等并沒有改變，因此，那還不是真正意義上使兩者獨(dú)立開來。 setsid 函數(shù)能夠使子進(jìn)程完全獨(dú)立出來，從而脫離所有其他進(jìn)程的控制。
??3) 將工作目錄更改為根目錄
??子進(jìn)程是繼承了父進(jìn)程的當(dāng)前工作目錄，由于在進(jìn)程運(yùn)行中，當(dāng)前目錄所在的文件系統(tǒng)是不能卸載的，這對以后使用會(huì)造成很多的麻煩。因此通常的做法是讓“/”作為守護(hù)進(jìn)程的當(dāng)前目錄，當(dāng)然也可以指定其它目錄來作為守護(hù)進(jìn)程的工作目錄。
??4) 重設(shè)文件權(quán)限掩碼 umask
??文件權(quán)限掩碼 umask 用于對新建文件的權(quán)限位進(jìn)行屏蔽。由于使用 fork 函數(shù)新建的子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程的文件權(quán)限掩碼，這就給子進(jìn)程使用文件帶來了諸多的麻煩。因此， 把文件權(quán)限掩碼設(shè)置為 0， 確保子進(jìn)程有最大操作權(quán)限、這樣可以大大增強(qiáng)該守護(hù)進(jìn)程的靈活性。設(shè)置文件權(quán)限掩碼的函數(shù)是 umask，通常的使用方法為 umask(0)。
??5) 關(guān)閉不再需要的文件描述符
??子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程的所有文件描述符， 這些被打開的文件可能永遠(yuǎn)不會(huì)被守護(hù)進(jìn)程（此時(shí)守護(hù)進(jìn)程指的就是子進(jìn)程，父進(jìn)程退出、子進(jìn)程成為守護(hù)進(jìn)程） 讀或?qū)?，但它們一樣消耗系統(tǒng)資源，可能導(dǎo)致所在的文件系統(tǒng)無法卸載，所以必須關(guān)閉這些文件， 這使得守護(hù)進(jìn)程不再持有從其父進(jìn)程繼承過來的任何文件描述符。
??6) 將文件描述符號為 0、 1、 2 定位到/dev/null
??將守護(hù)進(jìn)程的標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)準(zhǔn)輸出以及標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤重定向到/dev/null，這使得守護(hù)進(jìn)程的輸出無處顯示、也無處從交互式用戶那里接收輸入。
??7) 其它：忽略 SIGCHLD 信號
??處理 SIGCHLD 信號不是必須的， 但對于某些進(jìn)程，特別是并發(fā)服務(wù)器進(jìn)程往往是特別重要的，服務(wù)器進(jìn)程在接收到客戶端請求時(shí)會(huì)創(chuàng)建子進(jìn)程去處理該請求，如果子進(jìn)程結(jié)束之后，父進(jìn)程沒有去 wait 回收子進(jìn)程，則子進(jìn)程將成為僵尸進(jìn)程；如果父進(jìn)程 wait 等待子進(jìn)程退出，將又會(huì)增加父進(jìn)程的負(fù)擔(dān)、也就是增加服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，影響服務(wù)器進(jìn)程的并發(fā)性能，在 Linux 下，可以將 SIGCHLD 信號的處理方式設(shè)置為SIG_IGN，也就是忽略該信號，可讓內(nèi)核將僵尸進(jìn)程轉(zhuǎn)交給 init 進(jìn)程去處理，這樣既不會(huì)產(chǎn)生僵尸進(jìn)程、又省去了服務(wù)器進(jìn)程回收子進(jìn)程所占用的時(shí)間。

??從上圖可知， daemon進(jìn)程成為了一個(gè)守護(hù)進(jìn)程，與控制臺脫離，當(dāng)關(guān)閉當(dāng)前控制終端時(shí)，daemon進(jìn)程并不會(huì)受到影響，依然會(huì)正常繼續(xù)運(yùn)行；
??守護(hù)進(jìn)程可以通過終端命令行啟動(dòng)，但通常它們是由系統(tǒng)初始化腳本進(jìn)行啟動(dòng)，譬如/etc/rc*或/etc/init.d/*等。

補(bǔ)充知識點(diǎn)：

九、進(jìn)程間的通信方法實(shí)現(xiàn)

1、管道通信

①無名管道通信

??pipe無名管道通信只能作用在有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間通信，詳情如下圖所示：

??pipe是一種單向數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓艿?，其參?shù)pipefd[2]是個(gè)整形數(shù)組，而pipefd[0]和pipefd[1]分別是創(chuàng)建的讀管道的文件描述符和寫管道的文件描述符。

??使用pipe函數(shù)實(shí)現(xiàn)父進(jìn)程與子進(jìn)程間的通信及測試：

??從上圖可知，當(dāng)子進(jìn)程讀管道數(shù)據(jù)時(shí)，如果管道沒有數(shù)據(jù)就會(huì)一直阻塞。只有管道有數(shù)據(jù)可讀，子進(jìn)程才會(huì)通，如下圖所示：

??在父進(jìn)程中向管道寫入數(shù)據(jù)，然后子進(jìn)程向管道讀取數(shù)據(jù)。

②有名管道通信

??mkfifo有名管道通信可以作用在無親緣關(guān)系的進(jìn)程之間通信，詳情如下圖所示：

??mkfifo其實(shí)就是創(chuàng)建了一個(gè)實(shí)實(shí)在在的fifo文件，然后進(jìn)程間的通信就是通過對創(chuàng)建的fifo文件進(jìn)行操作，其fifo文件和塊設(shè)備文件一樣，都是不占用字節(jié)的，如下圖所示：

??使用mkfifo函數(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)無親緣關(guān)系的進(jìn)程間的通信及測試：
??讀fifo數(shù)據(jù)的進(jìn)程程序：

??寫fifo數(shù)據(jù)的進(jìn)程程序：

??現(xiàn)象：

2、信號通信

??信號的基本概念：信號是事件發(fā)生時(shí)對進(jìn)程的通知機(jī)制，也可以把它稱為軟件中斷。信號與硬件中斷的相似之處在于能夠打斷程序當(dāng)前執(zhí)行的正常流程， 其實(shí)是在軟件層次上對中斷機(jī)制的一種模擬。 大多數(shù)情況下，是無法預(yù)測信號達(dá)到的準(zhǔn)確時(shí)間，所以，信號提供了一種處理異步事件的方法。

信號的目的是用來通信的

??一個(gè)具有合適權(quán)限的進(jìn)程能夠向另一個(gè)進(jìn)程發(fā)送信號，信號的這一用法可作為一種同步技術(shù)，甚至是進(jìn)程間通信（IPC）的原始形式。 信號可以由“誰”發(fā)出呢？ 以下列舉的很多情況均可以產(chǎn)生信號：
??? 硬件發(fā)生異常，即硬件檢測到錯(cuò)誤條件并通知內(nèi)核，隨即再由內(nèi)核發(fā)送相應(yīng)的信號給相關(guān)進(jìn)程。硬件檢測到異常的例子包括執(zhí)行一條異常的機(jī)器語言指令，諸如，除數(shù)為 0、數(shù)組訪問越界導(dǎo)致引用了無法訪問的內(nèi)存區(qū)域等，這些異常情況都會(huì)被硬件檢測到，并通知內(nèi)核、然后內(nèi)核為該異常情況發(fā)生時(shí)正在運(yùn)行的進(jìn)程發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘栆酝ㄖM(jìn)程。
??? 用于在終端下輸入了能夠產(chǎn)生信號的特殊字符。 譬如在終端上按下 CTRL + C 組合按鍵可以產(chǎn)生中斷信號（SIGINT），通過這個(gè)方法可以終止在前臺運(yùn)行的進(jìn)程；按下 CTRL + Z 組合按鍵可以產(chǎn)生暫停信號（SIGCONT），通過這個(gè)方法可以暫停當(dāng)前前臺運(yùn)行的進(jìn)程。
??? 進(jìn)程調(diào)用 kill()系統(tǒng)調(diào)用可將任意信號發(fā)送給另一個(gè)進(jìn)程或進(jìn)程組。 當(dāng)然對此是有所限制的，接收信號的進(jìn)程和發(fā)送信號的進(jìn)程的所有者必須相同，亦或者發(fā)送信號的進(jìn)程的所有者是 root 超級用戶。
??? 用戶可以通過 kill 命令將信號發(fā)送給其它進(jìn)程。 kill 命令想必大家都會(huì)使用，通常我們會(huì)通過 kill命令來“殺死”（終止）一個(gè)進(jìn)程，譬如在終端下執(zhí)行"kill -9 xxx"來殺死 PID 為 xxx 的進(jìn)程。 kill命令其內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)原理便是通過 kill()系統(tǒng)調(diào)用來完成的。
??? 發(fā)生了軟件事件，即當(dāng)檢測到某種軟件條件已經(jīng)發(fā)生。 這里指的不是硬件產(chǎn)生的條件（如除數(shù)為 0、引用無法訪問的內(nèi)存區(qū)域等），而是軟件的觸發(fā)條件、觸發(fā)了某種軟件條件（進(jìn)程所設(shè)置的定時(shí)器已經(jīng)超時(shí)、進(jìn)程執(zhí)行的 CPU 時(shí)間超限、進(jìn)程的某個(gè)子進(jìn)程退出等等情況）。
??進(jìn)程同樣也可以向自身發(fā)送信號，然而發(fā)送給進(jìn)程的諸多信號中，大多數(shù)都是來自于內(nèi)核。
??以上便是可以產(chǎn)生信號的多種不同的條件，總的來看，信號的目的都是用于通信的，當(dāng)發(fā)生某種情況下，通過信號將情況“告知”相應(yīng)的進(jìn)程，從而達(dá)到同步、通信的目的。

信號由誰處理、怎么處理

??信號通常是發(fā)送給對應(yīng)的進(jìn)程，當(dāng)信號到達(dá)后， 該進(jìn)程需要做出相應(yīng)的處理措施，通常進(jìn)程會(huì)視具體信號執(zhí)行以下操作之一：
??? 忽略信號。也就是說，當(dāng)信號到達(dá)進(jìn)程后，該進(jìn)程并不會(huì)去理會(huì)它、直接忽略，就好像是沒有出該信號，信號對該進(jìn)程不會(huì)產(chǎn)生任何影響。事實(shí)上，大多數(shù)信號都可以使用這種方式進(jìn)行處理，但有兩種信號卻決不能被忽略，它們是 SIGKILL 和 SIGSTOP，這兩種信號不能被忽略的原因是：它們向內(nèi)核和超級用戶提供了使進(jìn)程終止或停止的可靠方法。另外，如果忽略某些由硬件異常產(chǎn)生的信號，則進(jìn)程的運(yùn)行行為是未定義的。
??? 捕獲信號。 當(dāng)信號到達(dá)進(jìn)程后，執(zhí)行預(yù)先綁定好的信號處理函數(shù)。為了做到這一點(diǎn)，要通知內(nèi)核在某種信號發(fā)生時(shí)，執(zhí)行用戶自定義的處理函數(shù)，該處理函數(shù)中將會(huì)對該信號事件作出相應(yīng)的處理，Linux 系統(tǒng)提供了 signal()系統(tǒng)調(diào)用可用于注冊信號的處理函數(shù)。
??? 執(zhí)行系統(tǒng)默認(rèn)操作。 進(jìn)程不對該信號事件作出處理，而是交由系統(tǒng)進(jìn)行處理，每一種信號都會(huì)有其對應(yīng)的系統(tǒng)默認(rèn)的處理方式。需要注意的是，對大多數(shù)信號來說，系統(tǒng)默認(rèn)的處理方式就是終止該進(jìn)程。

信號是異步的

??信號是異步事件的經(jīng)典實(shí)例，產(chǎn)生信號的事件對進(jìn)程而言是隨機(jī)出現(xiàn)的，進(jìn)程無法預(yù)測該事件產(chǎn)生的準(zhǔn)確時(shí)間，進(jìn)程不能夠通過簡單地測試一個(gè)變量或使用系統(tǒng)調(diào)用來判斷是否產(chǎn)生了一個(gè)信號，這就如同硬件中斷事件，程序是無法得知中斷事件產(chǎn)生的具體時(shí)間，只有當(dāng)產(chǎn)生中斷事件時(shí)，才會(huì)告知程序、然后打斷當(dāng)前程序的正常執(zhí)行流程、跳轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)，這就是異步處理方式。

??信號本質(zhì)上是 int 類型數(shù)字編號，這些信號在<signum.h>頭文件中定義， 每個(gè)信號都是以 SIGxxx 開頭，這里就自己去查了。

①信號的分類

Ⅰ、可靠信號與不可靠信號：

??不可靠信號主要指的是進(jìn)程可能對信號做出錯(cuò)誤的反應(yīng)以及信號可能丟失（處理信號時(shí)又來了新的信號，則導(dǎo)致信號丟失）。
??在 Linux 系統(tǒng)下使用"kill -l"命令可查看到所有信號，如下所示：

??括號" ) "前面的數(shù)字對應(yīng)該信號的編號，編號 1~31 所對應(yīng)的是不可靠信號，編號 34~64 對應(yīng)的是
可靠信號，從圖中可知，可靠信號并沒有一個(gè)具體對應(yīng)的名字，而是使用了 SIGRTMIN+N 或 SIGRTMAXN 的方式來表示。

Ⅱ、實(shí)時(shí)信號與非實(shí)時(shí)信號：

??實(shí)時(shí)信號與非實(shí)時(shí)信號其實(shí)是從時(shí)間關(guān)系上進(jìn)行的分類，與可靠信號與不可靠信號是相互對應(yīng)的， 非實(shí)時(shí)信號都不支持排隊(duì)，都是不可靠信號；實(shí)時(shí)信號都支持排隊(duì)，都是可靠信號。 實(shí)時(shí)信號保證了發(fā)送的多個(gè)信號都能被接收， 實(shí)時(shí)信號是 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)的一部分，可用于應(yīng)用進(jìn)程。

②信號的發(fā)送函數(shù)及使用測試實(shí)驗(yàn)

Ⅰ、raise()函數(shù)

??可以在終端中敲man 3 raise可知raise函數(shù)的功能，如下圖所示：

??由上圖可知，raise(sig)等價(jià)于kill(getpid(), sig)，也就是說其功能就是自己給自己發(fā)送信號（實(shí)質(zhì)是先將信號和pid號發(fā)給內(nèi)核，內(nèi)核再發(fā)送該信號給對應(yīng)的pid進(jìn)程或直接處理）。
??這里我做一個(gè)簡單自己殺死自己的實(shí)驗(yàn)，如下圖所示：

Ⅱ、kill()函數(shù)

??這里不過多介紹該函數(shù)了，可以在man手冊查詢。
??這里我做一個(gè)簡單 “進(jìn)程kill” 殺死手動(dòng)指定的 “進(jìn)程a” 的實(shí)驗(yàn)，如下圖所示：

Ⅱ、alarm()函數(shù)

??這里不過多介紹該函數(shù)了，可以在man手冊查詢。
??這里我做一個(gè)簡單鬧鐘定時(shí)程序，當(dāng)時(shí)間到了發(fā)出鬧鐘時(shí)間就終止程序的實(shí)驗(yàn)，如下圖所示：

③信號的接收函數(shù)及使用測試實(shí)驗(yàn)

Ⅰ、pause()函數(shù)

??pause()系統(tǒng)調(diào)用可以使得進(jìn)程暫停運(yùn)行、進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到進(jìn)程捕獲到一個(gè)信號為止，詳細(xì)信息可以可以在man手冊查詢。
??這里我做一個(gè)簡單鬧鐘定時(shí)使程序退出pause狀態(tài)，這次鬧鐘程序不是用默認(rèn)的信號處理函數(shù)，當(dāng)時(shí)間到了發(fā)出鬧鐘時(shí)間就觸發(fā)pause函數(shù)，讓程序繼續(xù)往下走，如下圖所示：

④信號的處理函數(shù)及使用測試實(shí)驗(yàn)

Ⅰ、signal()函數(shù)

??當(dāng)進(jìn)程接收到內(nèi)核或用戶發(fā)送過來的信號之后，根據(jù)具體信號可以采取不同的處理方式：忽略信號、捕獲信號或者執(zhí)行系統(tǒng)默認(rèn)操作。
??忽略信號：

??系統(tǒng)默認(rèn)：

??捕獲信號：

3、共享內(nèi)存

①共享內(nèi)存的概念

??共享內(nèi)存就是映射一段能被其它進(jìn)程所訪問的內(nèi)存， 這段共享內(nèi)存由一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建， 但其它的多個(gè)進(jìn)程都可以訪問， 使得多個(gè)進(jìn)程可以訪問同一塊內(nèi)存空間。共享內(nèi)存是最快的 IPC 方式， 它是針對其它進(jìn)程間通信方式運(yùn)行效率低而專門設(shè)計(jì)的， 它往往與其它通信機(jī)制， 譬如結(jié)合信號量來使用， 以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和通信。

②shmget函數(shù)和ftok函數(shù)

Ⅰ、shmget函數(shù)

??這里我截取了man手冊的描述，它是一個(gè)向系統(tǒng)申請分配一個(gè)共享內(nèi)存空間的函數(shù)，如下圖所示：

注意：參數(shù)key值除了可以使用文檔描述的 IPC_PRIVATE 這個(gè)宏外，還可以使用ftok函數(shù)獲取這個(gè)key值

Ⅱ、ftok函數(shù)

Ⅲ、shmat、shmdt、shmctl函數(shù)

??上述說過，使用shmget函數(shù)申請分配共享內(nèi)存成功后，它會(huì)返回共享內(nèi)存標(biāo)識符，它和文件標(biāo)識符是類似的，但是這個(gè)不便于我們?nèi)ゲ僮鬟@個(gè)共享內(nèi)存，所以在Linux應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)使用共享內(nèi)存映射到進(jìn)程地址上，方便開發(fā)者直接對共享內(nèi)存進(jìn)行讀寫操作。
??shmat、shmdt、shmctl函數(shù)分別是創(chuàng)建共享內(nèi)存映射、刪除共享內(nèi)存映射（但不會(huì)刪除內(nèi)核中的共享內(nèi)存對象）、操作共享內(nèi)存對象。

Ⅳ、使用shmget函數(shù)實(shí)現(xiàn)以共享內(nèi)存方式的父子進(jìn)程間的通信及測試實(shí)驗(yàn)

??我們先了解一下，使用系統(tǒng)自帶的密鑰IPC_PRIVATE和使用ftok函數(shù)自己獲取的密鑰 向系統(tǒng)申請分配共享內(nèi)存的區(qū)別，圖下兩張圖的實(shí)驗(yàn)所示：

??由上面兩張實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比可知，使用系統(tǒng)自帶的密鑰IPC_PRIVATE和使用ftok函數(shù)自己獲取的密鑰 向系統(tǒng)申請分配共享內(nèi)存的區(qū)別前者共享內(nèi)存描述符是為0的，而后者的共享描述符是不為0的。
??好，有了上面的了解，正式做要實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，如下圖所示：

4、消息隊(duì)列

①消息隊(duì)列的概述

??消息隊(duì)列是消息的鏈表， 存放在內(nèi)核中并由消息隊(duì)列標(biāo)識符標(biāo)識， 消息隊(duì)列克服了信號傳遞信息少、 管道只能承載無格式字節(jié)流以及緩沖區(qū)大小受限等缺陷。 消息隊(duì)列包括 POSIX 消息隊(duì)列和 System V 消息隊(duì)列。

??而 POSIX 消息隊(duì)列和 System V 消息隊(duì)列異同點(diǎn)：

目的不同：POSIX 消息隊(duì)列主要用于進(jìn)程間通信，而 System V 消息隊(duì)列可以進(jìn)行進(jìn)程間和線程間的通信。
接口不同：POSIX 消息隊(duì)列使用 mq_open(), mq_send(), mq_receive()等函數(shù)進(jìn)行操作，而 System V 消息隊(duì)列主要使用msgget(), msgsnd(), msgrcv()等函數(shù)進(jìn)行操作。
大小限制不同：POSIX 消息隊(duì)列沒有固定的消息大小限制，但是 System V 消息隊(duì)列有固定的消息大小限制。
使用方式不同：POSIX 消息隊(duì)列的使用方式更為靈活，可以使用文件描述符來操作消息隊(duì)列；而 System V 消息隊(duì)列需要通過>鍵值來找到消息隊(duì)列。
發(fā)送和接收消息的方式不同：POSIX 消息隊(duì)列可以設(shè)置優(yōu)先級，支持非阻塞方式和阻塞方式；而 System V 消息隊(duì)列僅支持阻
塞方式，且不支持消息的優(yōu)先級。
刪除消息隊(duì)列方式不同：POSIX 消息隊(duì)列可以使用 mq_close()和mq_unlink()函數(shù)刪除消息隊(duì)列，而刪除 System V 消息隊(duì)列需>要使用 msgctl()函數(shù)。
相同點(diǎn)：都是進(jìn)程通信的一種手段。都可以實(shí)現(xiàn)消息的發(fā)送和接收，保證進(jìn)程間的異步通信。都可以使用信號量機(jī)制實(shí)現(xiàn)消息的>同步和互斥。

??消息隊(duì)列是 UNIX 下不同進(jìn)程之間實(shí)現(xiàn)共享資源的一種機(jī)制， UNIX 允許不同進(jìn)程將格式化的數(shù)據(jù)流以消息隊(duì)列形式發(fā)送給任意進(jìn)程， 有足夠權(quán)限的進(jìn)程可以向隊(duì)列中添加消息，被賦予讀權(quán)限的進(jìn)程則可以讀走隊(duì)列中的消息。

②使用消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)兩個(gè)無情緣關(guān)系之間的進(jìn)程通信

Ⅰ、關(guān)于消息隊(duì)列創(chuàng)建時(shí)用的key值的知識

Ⅱ、實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)及測試

程序：

結(jié)果：

5、信號量

①信號量的概述

??信號量是一個(gè)計(jì)數(shù)器， 與其它進(jìn)程間通信方式不大相同， 它主要用于保護(hù)臨界資源，控制多個(gè)進(jìn)程間或一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的多個(gè)線程間對共享資源的訪問， 相當(dāng)于內(nèi)存中的標(biāo)志，進(jìn)程可以根據(jù)它判定是否能夠訪問某些共享資源，同時(shí)，進(jìn)程也可以修改該標(biāo)志， 除了用于共享資源的訪問控制外，還可用于進(jìn)程同步。
??它常作為一種鎖機(jī)制， 防止某進(jìn)程在訪問資源時(shí)其它進(jìn)程也訪問該資源， 因此， 主要作為進(jìn)程間以及同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)不同線程之間的同步手段。 Linux 提供了一組精心設(shè)計(jì)的信號量接口來對信號量進(jìn)行操作，它們聲明在頭文件 sys/sem.h 中。

②使用信號量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信

Ⅰ、使用sleep阻塞方式，使父進(jìn)程先于子進(jìn)程運(yùn)行

Ⅱ、在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，使用信號量的阻塞方式，使子進(jìn)程先于父進(jìn)程運(yùn)行

semaphore.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <sys/wait.h>

//信號量操作函數(shù)semctl中參數(shù)2聯(lián)合體
union semun {
    int              val;    /* Value for SETVAL */
    struct semid_ds *buf;    /* Buffer for IPC_STAT, IPC_SET */
    unsigned short  *array;  /* Array for GETALL, SETALL */
    struct seminfo  *__buf;  /* Buffer for IPC_INFO
                                           (Linux-specific) */
};

int main(int argc,  char *argv[])
{
    pid_t pid;  //進(jìn)程號
    key_t key;  //密鑰key
    int semid; //信號量集標(biāo)識符
    union semun my_sem_union;    //聯(lián)合體，目的是初始化信號量的值
    struct sembuf sop;  //信號量結(jié)構(gòu)體數(shù)組，semop函數(shù)使用
    int ret;

    key = ftok("./my_keyfile", 24678);    //獲取key值
    if(key == -1) {
        printf("ftok error\n");
        exit(-1);
    } else {
        printf("ftok ok,the key is %#X\n",key);
    }

    /*  向系統(tǒng)申請創(chuàng)建信號量，參數(shù)1：密鑰key
        參數(shù)2：信號量個(gè)數(shù)      參數(shù)3：權(quán)限   */
    semid = semget(key, 1, 0777 | IPC_CREAT);
    if(semid == -1) {
        printf("semget error\n");
        exit(-1);
    } else {
        printf("semid is %d\n", semid);
    }

    //初始化信號量
    my_sem_union.val = 0;   //信號量值為0
    ret = semctl(semid,0,SETVAL,my_sem_union);    //初始化第0個(gè)信號量的值
    if(ret == -1) {
        printf("semctl error\n");
        exit(-1);
    }

    pid = fork();   //創(chuàng)建子進(jìn)程
    if(pid == -1) {
        printf("fork failed\n");
        exit(-1);
    }

    //父進(jìn)程
    if(pid > 0) {
        int status; //子進(jìn)程結(jié)束狀態(tài)
        sop.sem_num = 0;    //信號量編號為0
        sop.sem_op = -1;    //分配資源，-1操作
        sop.sem_flg = 0;     //阻塞操作
        ret = semop(semid, &sop, 1);    //參數(shù)3：1個(gè)信號量集
        if(ret == -1) {
            printf("semop failed\n");
            exit(-1);
        }
        printf("I am father\n");
        wait(&status);  //監(jiān)視子進(jìn)程，等待退出
    }

    //子進(jìn)程
    if(pid == 0) {
        sleep(2);   //休眠2秒，讓父進(jìn)程先運(yùn)行
        sop.sem_num = 0;    //信號量編號為0
        sop.sem_op = 1;    //分配資源，-1操作
        sop.sem_flg = 0;     //阻塞操作
        ret = semop(semid, &sop, 1);    //參數(shù)3：1個(gè)信號量集
        printf("I am son\n");
    }

    exit(0);
}

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-423818.html

到了這里，關(guān)于Linux應(yīng)用程序開發(fā)：進(jìn)程的一些事兒的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！