进程创建和进程通信(第7章)

进程创建和进程通信北方工业大学自动化系李宇成LYC@2012.03基本内容1. 进程和线程的基本概念；PID, PCB2. 创建进程；（举例）fork(), vfork()函数, execve()3、进程间通信方式（1）匿名管道（举例）1、进程和线程的基本概念•进程：是具有一定独立功能的程序在数据集合上的一次运行活动。

进程是系统中独立存在的实体。

(进程号：PID)进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，它可以拥有自己独立的资源，比如文件和设备等。

未经进程本身允许，其他进程不能访问到这些资源。

•线程：是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。

同一进程下的线程之间共享资源，切换时，不需要切换上、下文。

•一个进程中至少有一个或多个线程；•进程与线程的区别：进程之间资源（数据）不共享；一个进程内部可以拥有多个线程，同一个进程下的线程，共享资源；进程切换，需要保存数据，现场等，费时间。

线程切换，数据共享，只需要较少的堆栈保护，省时间。

Linux进程和线程•轻量级进程：Linux中进程和线程之间没有区别。

因此，使用轻量级进程对多线程应用程序提供支持。

Linux下，用户的线程映射到内核进程上。

此时，一个线程对应一个进程，称为轻量级进程；•用户同一进程下的多个线程，映射到内核时，将具有相同的进程组别。

这样使得，这些进程可以共享文件和内存资源。

切换进程时，也不用切换上、下文。

新创建的进程组号等于首个进入该组的进程的PID；•Linux创建进程时，fork()命令被clone()所替代；同一组别的进程，共享内存空间，但是，用户堆栈各自独立；PCB 包含的内容（struct task_struck ）•进程id 。

系统中每个进程有唯一的id ，在C 语言中用pid_t 类型表示，是一个非负整数;•进程的状态：有运行、挂起、就绪、僵尸等状态;•进程切换时需要保存和恢复的一些CPU 寄存器;•描述虚拟地址空间的信息;•描述控制终端的信息;•当前工作目录（Current Working Directory ）;•umask 掩码;•文件描述符表，包含很多指向file 结构体的指针;•和信号相关的信息;•用户id 和组id;•Session （存活时间）和进程组;•进程可以使用的资源上、下限地址(Resource Limit).进程由进程控制块（PCB ）描述进程的三个基本状态转换图运行态/执行态（Running）：进程在处理机上运行；就绪态（Ready）：一个进程获得了除处理机外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行，则称此进程处于就绪状态；阻塞态（Blocked）：（又称等待状态）：一个进程正在等待某一事件发生（如请求I／O）而暂时停止运行。

运行态就绪态阻塞态进程调度时间片已用完等待资源或某一事件发生等待的事件已发生2、创建进程：fork()函数1）fork()创建新进程，当父进程A调用fork()生成子进程时，将转而克隆[clone()]一个与A相同的子进程B出来;2）fork()函数同时返回值给A和B两个进程。

其中，在父进程A中，fork()返回子进程的PID；在子进程B中，fork()返回0；3）父进程为子进程复制了相同的PCB块，由于父进程的PCB和子进程的一样（仅进程号不同），所以在PCB中所记录的父进程占有的资源，是与子进程共享使用的（堆栈独立）。

当子进程在运行中出现写操作时，将产生中断，并为子进程分配内存空间（COW），以便保存修改结果；因此，凡是被写过的变量，父与子进程不相同。

4）fork()函数举例：输出：This is the parent 子进程父进程输出：This is the child运行结果vfork()函数如果希望子进程优先于父进程运行，则调用vfork()。

这将使得子进程创建后，随即向父进程发送SIG_STOP信号，使父进程进入挂起状态，直到子进程结束或调用EXECVE()后，父进程再继续运行。

execve()函数如果系统中只提供vfork()调用，那么整个操作系统的所有进程就都只能运行同一个程序了。

因为，代码段都是复制或者共享的。

Linux采用函数execve()来创建进程运行新的程序。

在父进程中fork一个子进程，在子进程中调用exec函数启动新的程序。

即在新的进程创建后，动态装入新的可执行文件运行。

并且execve()支持多种可执行文件的格式。

execve()举例函数原型定义：int execve(const char * filename, char * const argv[ ], char * const envp[ ]);第1参数：filename参数：要执行的可执行文件；第2参数：利用数组指针来传递给执行文件，并且要以空指针(NULL)结束；第3参数则为传递给执行文件的新环境变量数组。

#include<unistd.h>main(){ char * argv[ ]={“ls”,”-al”,”/etc/passwd”,(char *)0};char * envp[ ]={“PATH=/bin”,0}execve(“/bin/ls”,argv,envp); // 执行/bin/目录下的ls文件命令}执行结果：-rw-r--r-- 1 root root 2717 Feb 26 2011 /etc/passwd运行结果（对比）3、进程间通信方式◆匿名管道(Pipe)管道可用于具有亲缘（如：父、子）关系进程间的通信；◆有名管道(Named Pipe)克服了管道没有名字的限制，它还允许无亲缘关系进程间的通信。

可以双向通信；◆信号(Signal)用于通知接受进程有某种事件发生，还可以发送信号给进程本身；◆消息队列(Message Queue)消息队列是消息的链接表, 克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点；◆共享内存(Shared Memory)使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式匿名管道特点：管道对于管道两端的进程而言，相当于是一个文件。

但不是一般的文件，仅存在于内存中。

◆匿名管道单向传递数据，数据只能从1端流向另1端；需要双向通信时，需要建立起两个管道；◆只能用于父、子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）；◆缓冲区有限的（管道只存在于内存中，在管道创建时，为缓冲区分配一个页面大小）；◆传送的是无格式字节流，这就要求管道的读出方和写入方必须事先约定好数据的格式，比如多少字节算作一个消息（或命令、或记录）等等；管道的创建与读写◆管道是由调用pipe函数而创建的。

创建管道要包含头文件：#include <unistd.h>函数原形：int pipe(int filedes[2]);返回值：若成功返回0，若出错则返回-1◆参数filedes返回两个文件描述符：filedes[0]用于读，filedes[1]用于写。

filedes[1]的输出到filedes[0]。

•close()——关闭相应的管道；•read()——从管道中读取字符；•write()——向管道中写入字符；管道的读写规则：管道两端一端只能用于读，由描述字fd[0]表示，称为管道读端；另一端只能用于写，由描述字fd[1]表示，称为管道写端。

•读：从管道中读取数据：（1）正常下返回读到的字节数；（2）如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，返回的读出字节数为0；（3）如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数。

•写：向管道中写入数据：（1）向管道中写入数据时，如果管道缓冲区有空闲区域，写进程就会向管道写入数据；（2）如果读进程不读走管道缓冲区中的数据，那么写操作将被阻塞。

注：仅当存在管道读端时，向管道写入数据才有意义。

否则，向管道写入数据的进程将收到内核传来的SIFPIPE信号，应用程序可以处理该信号，默认动作是应用程序终止。

#include <unistd.h> // pipe_example.c#include <sys/types.h>int main(){ int status;int pipe_fd[2]; // 读写文件描述符pid_t pid; // 进程IDint num,var;if(pipe(pipe_fd) < 0) // 创建新的管道{ printf("Pipe create error!\n");return -1;}pid = fork();if(0 == pid) //子进程{ close(pipe_fd[0]); //关闭管道的读端num = 123;printf("Original Var= %d!\n", num);num = 555;write(pipe_fd[1], &num, 4); //将数据写入管道}else //父进程{close(pipe_fd[1]); //关闭进程写端wait(&status);while(!read(pipe_fd[0], &var, 4)); //读管道信息printf("The Var now is %d!\n", var);}return 0;}运行结果结束！。