当前位置： 首页 > news >正文

linux系统编程02-进程基本知识

news 2025/9/17 0:04:00

目录
  • 1. pid
  • 2. 进程的产生：fork
  • 3. 进程的消亡及释放资源：wait
  • 4. exec函数族
  • 综合例子：mybash
  • 5. 用户权限和组权限：setuid
  • 6. 观摩课
  • 7. system
  • 8. 进程会计
  • 9. 进程时间
  • 10.守护进程
  • 11. 系统日志

Untitled

Untitled

1. pid

  • pid_t ： 进程号，一般是int_64，不同机器不同，有限资源
  • ps axf ：查看进程信息 ps -axm ：详细信息 ps -ax -L ： linux特有形式显示
  • 进程号是顺次向下使用，区别于 fd（占位最小）
  • getpid\getppid ：获取进程号\父进程号
##include <sys/types.h>
##include <unistd.h>pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);

2. 进程的产生：fork

##include <sys/types.h>
##include <unistd.h>pid_t fork(void);
  • 返回值：
    • 出错： -1
    • 成功：返回两次。 父进程：子进程pid；子进程：0
  • 注意点：fork之前刷新所有该刷新的流， fflush(NULL)
    • 父进程与子进程完全一致(duplicate) ，运行位置也一致
    • fork后父子进程的区别：fork返回值不同，pid不同，ppid不同，未决信号量和文件锁不继承，资源利用量清0
    • 调度器的策略决定哪个进程先运行

例子：fork之前刷新所有该刷新的流

示例代码：

##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>int main()
{pid_t pid;printf("[%d]:Begin.\n",getpid());//fork前刷新所有流！！fflush(NULL);pid = fork();if(pid < 0){perror("fork()");exit(1);}if(pid == 0){printf("[%d]:Child is working!\n", getpid());}else{printf("[%d]:Parent is working!\n", getpid());}printf("[%d]:End.\n", getpid());//没有收尸，详见3.进程资源释放exit(0);
}

运行结果：

未加fflush

未加fflush

加了fflush

加了fflush

说明：

文件是全缓冲，如果没有fork之前刷新流，子进程会继承父进程的缓冲区，所以缓冲区里有 “Begin.”，导致打印了两次。

加getchar() ps axf查看进程信息

Untitled

例子：多进程筛3000,0000 ~ 3000,0200之间的质数

示例代码：

##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>##define LEFT  30000000
##define RIGHT 30000200
int main()
{pid_t pid;int i,j;int mark;for(i = LEFT; i <= RIGHT; i++){pid = fork();if(pid < 0){perror("fork()");exit(1);}if(pid == 0){mark = 1;for(j = 2; j < i/2; j++){if(i%j == 0){mark = 0;break;}}if(mark)printf("%d is a primer!\n", i);//结束子进程，非常重要exit(0);}}exit(0);
}

运行结果：

Untitled

注意点：

  • 子进程内必须要 exit ：否则会子进程会进入外层循环，会继续fork，导致实际创建出的子进程不是201个，而是阶乘级别的数量级。所以写fork的时候要明确子进程的运行范围，可以的话尽量限制在if的语句块中（个人观点）
  • 无序输出，说明调度关系未定义，取决于调度器

说明孤儿进程和僵尸进程：

父进程sleep：子进程全部结束，父进程还没有结束，所以子进程不是孤儿，并且由于资源还没有回收，所以是僵尸态

Untitled

子进程sleep：父进程已经结束退出，子进程还没结束，所以子进程变成孤儿被 init 进程托管，同时资源还没被回收，所以也是僵尸进程（之后init会陆续回收资源）

Untitled

进程关系中出现僵尸进程是非常正常的，但应该是一闪即逝，或者轮批次（父进程或init忙）

僵尸本身几乎就是一个结构体，所以占用的内存不是很大，但是它占用了pid

fork写时拷贝：需要改写的时候,才复制一份进行改动

capture-2023-01-05-21-47-38.jpg

3. 进程的消亡及释放资源：wait

Untitled

##include <sys/types.h>
##include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *wstatus);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);

  • 作用：回收某一个子进程

  • 参数：

    • pid_t ： 要回收的子进程的pid
    • wstatus ： 回调参数，进程结束状态
    • options ：选项。 WNOHANG 非阻塞

  • 返回值：

    • 成功：回收的子进程的pid
    • 失败：回收完或被中断打断，-1

  • pid 的取值：

    Untitled

例子：利用交叉分配重构 求素数的程序

示例代码：

##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>
##include<sys/wait.h>##define LEFT  30000000
##define RIGHT 30000200##define N 3int main()
{pid_t pid;int i,j,n;int mark;for(n = 0; n < N; n++){pid = fork();if(pid < 0){perror("fork()");exit(1);}if(pid > 0){for(i = LEFT+n; i <= RIGHT; i+=N){mark = 1;for(j = 2; j < i/2; j++){if(i%j == 0){mark = 0;break;}}if(mark)printf("[%d]:%d is a primer!\n", n,i);//exit(0);}//子进程是处理完自己的部分后才结束exit(0);}}for(n = 0; n < N; n++)wait(NULL);exit(0);
}

运行结果：

Untitled

说明：

为什么编号为0的进程没有打印，因为处理的数都是3的倍数，0,3,6,9…都是非素数。进程间的负载不均衡，可以用池化算法改进。

Untitled

4. exec函数族

shell执行程序命令的方式：

  1. shell fork 出一个子进程
  2. 子进程 exec 成待执行的程序，并执行
  3. shell wait 自己的子进程结束
##include <unistd.h>
extern char **environ;int execl(const char *pathname, const char *arg, .../* (char  *) NULL */);
int execlp(const char *file, const char *arg, .../* (char  *) NULL */);
int execle(const char *pathname, const char *arg, .../*, (char *) NULL, char *const envp[] */);int execv(const char *pathname, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);

  • 作用：用一个进程image替代当前进程image，换内不换壳，pid不变

  • 参数：

    • 前三个是定参，后面传的参数是要执行的程序的参数，以 NULL 结尾
    • 后两个是变参，用 argv 实现，类似命令行参数

  • 返回值：失败返回-1，可以不检验，直接报错(因为如果成功，进程空间就直接切出去了，不会回来)

  • 注意： fflush

  • 类似 argv [变参，arg1,arg2, … 以NULL结尾] 的结构

    命令行参数； glob ； execv

例子：few 结合使用

示例代码：

##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<unistd.h>
##include<sys/types.h>
##include<sys/wait.h>int main()
{pid_t pid;puts("Begin.");fflush(NULL);  /*!!!*/pid = fork();if(pid < 0){perror("fork()");exit(1);}if(pid > 0) //子进程：打印时戳{execl("/bin/date", "date", "+%s", NULL);//错误处理perror("exec()");exit(1);}else //父进程：回收子进程{wait(NULL);}exit(0);
}

运行结果：

Untitled

  • 其他问题：

    1. 没有wait的时候为什么命令行先输出：父进程结束后子进程没结束，父进程结束回到bash，打印命令行，然后子进程打印结果

      Untitled

    2. 为什么父子进程的结果打印在同一个终端上，父子进程通信原型：子进程继承父进程的文件描述符，二者 fd0标准输出都一样，都是同一个终端

      Untitled

综合例子：mybash

示例代码：

##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<unistd.h>
##include<string.h>
##include<glob.h>
##include<sys/wait.h>##define LIMITS " \n\t"struct cmd_st
{glob_t globres;
};static void prompt()
{printf("mysh-0.1$ ");
}static void perse(char *line, struct cmd_st *res)
{char *tok;int i = 0;while(1){tok = strsep(&line, LIMITS);if(tok == NULL)    //结束break;if(tok[0] == '\0') //多个连续分隔符continue;//精髓：glob(tok, GLOB_NOCHECK|GLOB_APPEND*i, NULL, &res->globres);i = 1;}}int main()
{char *linebuf = NULL;size_t linebuf_size = 0;struct cmd_st cmd;size_t pid;while(1){prompt(); //打印提示信息if(getline(&linebuf, &linebuf_size, stdin)<0)break;perse(linebuf, &cmd);if(0) //内部命令{ }else //外部命令{pid = fork();if(pid < 0){perror("fork()");exit(1);}if(pid == 0)  //child{execvp(cmd.globres.gl_pathv[0], cmd.globres.gl_pathv);perror("execl()");exit(1);}else          //parent{wait(NULL);}}}exit(0);
}

运行结果：

Untitled

说明：

  • 利用 glob_t 中的 gl_pathv 传递变参

  • strtok 的用法

    理解strtok函数返回值_今天也要学习哒的博客-CSDN博客_strtok返回值

使用：

Untitled

5. 用户权限和组权限：setuid

Untitled

##include <sys/types.h>
##include <unistd.h>
int setuid(uid_t uid);  //设置用户 effective id

例子：实现 mysu

示例代码：

##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>
##include<sys/wait.h>int main(int argc, char **argv)
{pid_t pid;pid = fork();if(pid < 0){perror("fork()");exit(1);}if(pid == 0){setuid(atoi(argv[1]));execvp(argv[2], argv+2);perror("exec()");exit(1);}wait(NULL);exit(0);
}

运行结果：

  1. 切换到root用户
  2. 把 mysu 的所有者更改为root，并添加 u+s 权限

Untitled

基础知识：

  1. 权限确定： res ：real,effective,save。save几乎不用，effective用来确定身份。
  2. 什么是 u+s /g+s 权限：执行该文件时，暂时获得其所有者的权限。比如 passwd 命令有 u+s 所以在执行的时候暂时获得其所有者root的权限，这就是为什么普通用户无法查看 /etc/shadow，却可以通过 passwd 命令更改该文件。 u+s 和 g+s 本质是root权限的下放。

Untitled

  1. shell如何获取身份：init[root身份] —fork\exec—>getey(name)—fork\exec—>login(pw)—成功—>shell[用户身份 res]

Untitled

6. 观摩课

unix讲机制，不讲策略

对于 #!/bin/bash

shell看到 #! 知道它是一个脚本，所以不装载该程序，而是装载 /bin/bash 执行下面的语句。

如果改为 #!/bin/bash 就会出现下述情况：

Untitled

把top命令做成了登录shell：

Untitled

Untitled

7. system

理解： fork() + exec() + wait() 的封装。

##include <stdlib.h>
int system(const char *command);

system(”date +%s”) 相当于

Untitled

8. 进程会计

acct()函数 ：仅作为了解

9. 进程时间

Untitled

Untitled

可以转换成秒了 time times

10.守护进程

Untitled

Untitled

进程组模型：

  1. session是一些进程组的集合：每一个登录的shell是一个session，有自己的sid。

  2. 分组都是为了方便管理。用户有用户组，进程也有进程组，有pgid。父子进程在同一个进程组，执行 ls|more 的时候，进程 ls 和 进程 more 也是在同一个进程组。

  3. 进程是一个容器，包含许多线程

    Untitled

  4. 前后台进程：前台进程关联标准io，最多有一个。后台进程不关联标准io

守护进程：

  1. 是进程组的leader，是session的leader
  2. 脱离标准io
  3. 体现在终端上 ps axj ： pid = pgid = sid; tty = ? ;ppid = 1

Untitled

##include <sys/types.h>
##include <unistd.h>
pid_t setsid(void);
  • 使用：不能由父进程执行，只能由子进程
  • 流程：

    • 创建一个session及进程组，调用该函数的进程编程该session和进程组的leader

    • 脱离控制终端

      Untitled

例子：创建守护进程，关注 fork 的一模一样

示例代码：

##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>
##include<sys/stat.h>
##include<fcntl.h>##define FILENAME "/tmp/out"//创建守护进程：成功返回非0值
static int daemonize()
{pid_t pid;int fd;pid = fork();if(pid < 0){perror("fork()");return -1;}if(pid > 0)  //父进程直接退出exit(0);//子进程fd = open("/dev/null", O_RDWR);if(fd < 0){perror("open()");return -1;}//文件重定向dup2(fd, 0);dup2(fd, 1);dup2(fd, 2);if(fd > 2)close(fd);//创建sessionsetsid();//更改工作目录；(修改umask)chdir("/");//umask(0);return 0;}int main()
{FILE *fp;int i;if(daemonize())exit(1);fp = fopen(FILENAME, "w");if(fp == NULL){perror("fopen()");exit(1);}for(i = 0; ; i++){fprintf(fp, "%d\n", i);fflush(NULL); //文件是全缓冲sleep(1);}fclose(fp);exit(0);
}

运行结果：

Untitled

Untitled

分析： daemon 中创建了子进程，父进程终止，子进程执行 setid ，化身为守护进程，然后从父进程相同的位置继续执行，退出到main，执行死循环。

问题：错误都往标准输出上报，但是守护进程已经脱离标准输出了，用系统日志

11. 系统日志

Untitled

权限分离

syslogd服务

##include <syslog.h>
void openlog(const char *ident, int option, int facility);
void syslog(int priority, const char *format, ...);
void closelog(void);

示例代码：

##include<stdio.h>
##include<stdlib.h>
##include<sys/types.h>
##include<unistd.h>
##include<sys/stat.h>
##include<fcntl.h>
##include<syslog.h>
##include<errno.h>
##include<string.h>##define FILENAME "/tmp/out"//创建守护进程：成功返回非0值
static int daemonize()
{pid_t pid;int fd;pid = fork();if(pid < 0){return -1;}if(pid > 0)  //父进程直接退出exit(0);//子进程fd = open("/dev/null", O_RDWR);if(fd < 0){return -1;}//文件重定向dup2(fd, 0);dup2(fd, 1);dup2(fd, 2);if(fd > 2)close(fd);//创建sessionsetsid();//更改工作目录；(修改umask)chdir("/");//umask(0);return 0;}int main()
{FILE *fp;int i;openlog("mydaemon", LOG_PID, LOG_DAEMON);if(daemonize()){syslog(LOG_ERR, "daemonize failed!");exit(1);}else{syslog(LOG_INFO, "daemonize success!");}fp = fopen(FILENAME, "w");if(fp == NULL){syslog(LOG_ERR, "fopen():%s", strerror(errno));exit(1);}syslog(LOG_INFO, "%s was open", FILENAME);for(i = 0; ; i++){fprintf(fp, "%d\n", i);fflush(NULL); //文件是全缓冲sleep(1);}fclose(fp);exit(0);
}

运行结果：

su root

tail -f /var/log/syslog

Untitled

http://www.wxhsa.cn/company.asp?id=6125

相关文章：

  • linux系统编程03-并发：信号
  • linux系统编程04-并发：线程
  • 新手高效制作PPT的3个步骤：告别逻辑混乱，从构思到完成！
  • Avalonia:用 ReactiveUI 的方法绑定数据、事件和命令
  • 【pyQT 专栏】程序设置 windows 任务栏缩略图(.ico)教程
  • Say 题选记（9.14 - 9.20)
  • vm的配置
  • 力扣72题 编辑距离
  • 数学基本结构框架
  • 2025.9.16总结
  • 在 Tailscale 中禁用 DNS
  • 软件工程实践一：Git 使用教程（含分支与 Gitee）
  • 【青少年低空飞行玩意】设计图以及项目概况
  • C++ 多态
  • Python实现对比两个Excel表某个范围的内容并提取出差异
  • 我用AI给自己做了一整套专属表情包！攻略
  • 20250916 之所思 - 人生如梦
  • Vue3项目开发专题精讲【左扬精讲】—— 在线教育网站系统（基于 Vue3+TypeScript+Vite 的在线教育网站系统系统设计与实现）
  • 20250915
  • Python Socket网络编程（4）
  • 今日学习 dos命令和Java基础语法
  • Photoshop 2025 v26.0软件下载免费版安装教程（含 Photoshop 软件一键安装包免费下载渠道）
  • 课前问题列表
  • switch中初始化变量
  • office2024免费永久激活安装包下载安装教程包含（下载安装配置激活）
  • vue2和vue3一时转不过来
  • 怎么查询电脑的登录记录及密码更改情况？ - Li
  • C语言结构体中的内存对齐
  • 该练习 DP 了！
  • 本周计划