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Linuxは複数のプロセスを作成できますか?

王林転載: 2023-05-20 18:32:461529ブラウズ

Linux は複数のプロセスを作成できます。 Linux は複数のタスクを同時に処理し、複数のプロセスをサポートしてシステムリソースの使用率を最大化できます。 Linux プロセス間の通信方法: 1. 名前なしパイプを使用する; 2. 名前付きパイプ (FIFO) を使用する; 3. 単一のシグナルを使用する; 4. 共有メモリを使用する; 5. メッセージキューを使用する; 6. セマフォを使用する。

Linux は複数のプロセスを作成できます。

Linux は複数のプロセスをサポートします。マルチプロセスシステムの利点の 1 つは、複数のタスクを同時に処理して、システムリソースを最大限に活用できることです。

#第 1 章 Linux マルチプロセスの概要

1.1 概要

1.1.1 プロセスの概念

Linux では、実行中のプログラムをプロセスと呼びます。

プログラム: 静的な概念。コンパイルされたバイナリファイルです。
プロセス: 動的概念。プログラムの実行中に、システムは対応するプロセス ## を自動的に実行します。 # プロセスには プロセス制御ブロック (PCB)、コードセグメント、およびデータセグメントが含まれます。
3 つの部分 プロセス制御ブロック: Linux では、プロセスのステータス情報を記録する構造によって表されます
ゾンビプロセス
: 親プロセスが子プロセスより先に終了します子プロセスを作成しても、子プロセスのリソースが親プロセスでリサイクルされていない場合、子プロセスは次のようになります。ゾンビプロセスであり、ゾンビプロセスは最終的にシステム内の INIT と呼ばれるプロセスによってリサイクルされます。
init プロセス (プロセス No. 1) は、システムの起動時に最初に実行されるプロセスであり、すべてのプロセスの祖先プロセスです。
#1.1.2 プロセス表示シェルコマンド

動的プロセス情報の表示
プロセスの詳細情報の表示
#pstree
bg
1.2 プロセスの実行ステータス

## 1.2.1 実行状態

実行状態 (RUNNING): プロセスが CPU を占有しています。

準備完了状態 (実行中): プロセスは待機キュー内でスケジューリングを待っています。
軽いスリープ (INTRUPTABLE): 現時点では、プロセスはイベントが発生するか、システムリソースがシグナルに応答するのを待っています。
ディープスリープ (中断不可): 現時点では、プロセスはイベントまたは何らかのシステムリソースの発生を待っており、シグナルに応答できません。
停止状態 (STOPPED): プロセスは現在中断されています。
ゾンビ状態 (ZOMBIE): 現時点ではプロセスをスケジュールできませんが、PCB は解放されていません。
DEAD: これは終了したプロセスであり、PCB は解放されます

カーネルモード: Linuxは複数のプロセスを作成できますか? カーネル空間

とも呼ばれ、カーネルプロセス/スレッドが配置される領域です。主にオペレーティングシステムとハードウェアの相互作用を担当します。

ユーザーモード:

ユーザー空間

とも呼ばれ、ユーザープロセス/スレッドが配置される領域です。主にユーザープログラムの実行に使用されます。

1. 違い

Linuxは複数のプロセスを作成できますか? カーネル状態: 実行中のコードには制限がなく、CPU は任意の命令を実行できます。

ユーザーモード:

CPU をスケジュールできず、ハードウェアに直接アクセスできません。実行中のコードは CPU による多くのチェックを受ける必要があり、カーネルデータやプログラムに直接アクセスすることはできません。つまり、カーネルモードスレッドのように有効なアドレスにアクセスすることはできません。
オペレーティングシステムはユーザープログラムを実行するとき、主にユーザーモードで動作し、完了する権限がないタスクを実行する場合にのみカーネルモードに切り替わります。
2. ユーザーモードとカーネルモードを区別する理由

ユーザープロセスの誤操作やシステムへの悪意のある損傷を防ぐ保護メカニズム

リソースの一元管理を確保し、リソース使用量の競合を削減します。
3. ユーザーモードからカーネルモードへの切り替え

(1) システムコール(アクティブ)

システムコール(システムコール）は、オペレーティングシステムに何らかの特権操作の実行を要求するためにオペレーティングシステムによってユーザープロセスに提供されるインターフェース、つまりユーザープロセスにサービスを提供するウィンドウです。 Linux では、man syscalls コマンドを使用して、Linux が提供するすべてのシステムコール API インターフェイスを表示できます。ユーザー状態では特定のタスクを完了できないため、ユーザー状態はカーネル状態への切り替えを要求し、カーネル状態はユーザーに対して特別に開かれた割り込みを通じて切り替えを完了します。
(2) 周辺機器割り込み（パッシブ）

周辺機器から割り込み信号が送信され、割り込みが発生すると実行中のプロセスが中断され、OS カーネルが応答します。割り込み処理への処理は、割り込み前に CPU がユーザーモードのプログラムを実行していた場合、ユーザーモードからカーネルモードに切り替えることと同等です。

割り込みは、CPU 制御がオペレーティングシステムに確実に渡され、オペレーティングシステムが特定の操作を実行できるようにするために使用されます。

(3) 例外（パッシブ）
ユーザプログラムの実行中に未知の例外が発生すると、ユーザプログラムから例外を処理するカーネル内のプログラムに切り替わります。、カーネル状態に切り替えます。

1.3 プロセスインターフェース関数

1.3.1 プロセス作成 fork/vfork

1, fork(), vfork()
(1 ) 新しく作成されたプロセスは子プロセスと呼ばれ、親プロセスのリソースをすべてコピーします(作成時に一度だけコピーされます。以降のグローバル変数の値は異なります)。親プロセスと子プロセスのどちらが先に来るかは不明です。

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
  		返回值:  > 0表示处于父进程中 这个时候的返回值就是**子进程进程id号**
                  ==0 表示处于子进程中
                  < 0 创建进程出错
                  
#include <sys/types.h>
  		 #include <unistd.h>
		pid_t vfork(void);

(2) **vfork()** 子プロセスは親プロセスのすべてのリソースを共有します。

子プロセスが最初に実行されなければなりません その後、親プロセスが実行されます(sleep() を追加して人為的に干渉しても役に立たない) (3) 注
子プロセスで exit() を使用した場合と使用しない場合の結果はまったく異なります。
親子プロセスで sleep() を使用すると、CPU タイムスライスを放棄することも異なります
wait() を親プロセスで使用するかどうかで、waitpid() の結果も異なります

Linuxは複数のプロセスを作成できますか? #(4) プロセス切り替え実行

Linuxは複数のプロセスを作成できますか? 1.3.2 プロセス終了 exit/_exit

1, exit() , _exit()

    #include <stdlib.h>
    void exit(int status); 
	void _exit(int status);
	参数：
          status --->进程退出时的状态
          status在实际编写程序中是可以自己约定的：
          比如：  exit（2）----》出现打开文件错误
                  exit（3）----》出现段错误（逻辑错误）
                  exit（0）----》正常退出
		  返回：  void
	
	区别：
          exit（）在退出的时候会刷新IO缓冲区，然后才退出（负责任的退出）
          _exit() 直接退出（不负责任的退出）

1.3 .3 子プロセスが終了するまで待機します (親プロセスはリソースをリサイクルします) wait/waitpid

1, wait()

	#include <sys/wait.h>
    pid_t wait(int *stat_loc);
   返回值：你回收的那个子进程的id号
   参数：stat_loc --》保存子进程退出时的状态信息(不仅仅只是返回值)
  		 stat_loc里面不仅仅只是保存了exit退出时的数值，它还保存了子进程退出时是哪个信号让它退出的，		
  	    出错了是什么原因导致的。

Linuxは複数のプロセスを作成できますか? 2, waitpid()

pid_t waitpid(pid_t pid, int *stat_loc, int options); 回收子进程/进程组
    参数： pid ----》你指定要回收的那个子进程的id
           		<-1   等待进程组号为-pid中的某个子进程退出                                 					
           	   	 -1      等待任意一个子进程
                ==0     	等待本进程组中的某个子进程退出
			    > 0 		等待PID为pid的进程
			stat_loc-----》存放子进程退出状态（可为NULL） 	
            options ----》一般设置为0
						WNOHANG  当没有子进程时立即返回
						WUNTRACED 当有子进程被暂停时立即返回
                        WCONTINUED  当有子进程收到SIGCONT立即返回
	返回值：-1 执行失败
			> 0 成功 返回值为被回收的进程的PID
			0  指定了WNOHANG，且没有已退出的子进程

1.3.4 プロセス ID の取得-getpid

（1）获取自己的id    getpid（）
		#include <unistd.h>
		pid_t getpid(void);  返回值：就是该进程的id号
（2） 获取父进程id    getppid（）
         #include <unistd.h>
         pid_t getppid(void);  返回值：就是父进程的id号

第 2 章 Linux マルチプロセス通信方法

プロセス間通信かスレッド間の通信か。この文は次のように書き換えることができます: 共有リソースの割り当て問題を解決することがその基本的な目的であり、共有リソースへの複数のプロセス/スレッドのアクセスを調整することです

2.1 プロセス間通信方法

1. 従来のプロセス間通信方法

名前なしパイプ

名前付きパイプ
##Signal
2、System V IPC オブジェクト

共有メモリ

メッセージキュー
セマフォ
3、BSD

ネットワークソケット (ソケット)

2.1.1 名前のないパイプ Pipe
1. 特徴: 最も原始的なプロセス間の通信方法

アフィニティを持つプロセス間でのみ使用できます。 ## (父子プロセス、兄弟プロセス);

名前はありません(存在します);

linuxとwindowsの共有に作成することは可能ですが(パイプファイルは一切生成されません)、これには、「パイプは使用できません (パイプラインファイルを生成);

半二重通信」という名前が付いています。
2. 名前なしパイプの利用 (1) パイプ()の作成

    #include <unistd.h>
   int pipe(int fildes[2]);
   参数：fildes[2]里面放的是两个文件描述符fildes[0]，fildes[1]
         fildes[0] 读端
         fildes[1] 写端
   返回值：成功返回0    失败返回-1

(2) パイプ情報の送受信

myid = fork();        //创建子进程
if(myid == 0)
{
	write(fd[1],"dad,thanks!",20); //子进程向父进程发送消息
	close(fd[1]);
	close(fd[0]);
	exit(0);
}
else if(myid > 0)  
{
	read(fd[0],buf,20);   //父进程阻塞接受子进程消息
	printf("buf is:%s\n",buf);
	close(fd[1]);
	close(fd[0]);
}

2.1.2 名前付きパイプ( FIFO)

1. 機能: 任意の 2 つのプロセス間で使用可能

は、Linux と Windows 間の共有には作成できません。

# 書き込みの原子性を確保します (原子性: 実行しないか、外部からの干渉なしに一度に実行します);

有名なパイプ
いいえ、作成を上書きできます
(通常、コード内で access() 関数を使用して、パイプが存在するかどうかを確認します。同じ名前のパイプがすでに存在する場合、再度作成することはできません);
使用後は忘れずに閉じてください ;
パイプが 読み取り専用
モードで開かれると、別のプロセスが # でパイプを開くまでブロックされます。 ##write-only

2. 有名なパイプの利用 (1) mkfifo()

   #include <sys/types.h>
   #include <sys/stat.h>
   int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);
  参数：pathname 有名管道的路径名
       	mode：权限  0666
	  返回值：0 成功
			  -1 失败

の作成 (2) FIFO処理情報の送受信

fifo_read.c :-----------》

#define FIFO1  "myfifo1"
#define FIFO2  "myfifo2"
int main(void) {
	int my_fd,fd1,fd2;
	char r_buff[30];
    char w_buff[30];
	bzero(r_buff,30);
	
	if(access(FIFO1,F_OK)==-1) {
		my_fd = mkfifo(FIFO1,0664);	//创建管道1
		if(my_fd == -1) {
			perror("failed!\n");
			return -1;
		}
	}
	
	if(access(FIFO2,F_OK)==-1) {
		my_fd = mkfifo(FIFO2,0664);	//创建管道2
		if(my_fd == -1) {
			perror("failed!\n");
			return -1;
		}
	}
		
	fd1 = open(FIFO1,O_RDONLY); //只读打开管道1，获取管道文件描述符
	if(fd1==-1) {
		printf("open fifo1 file failed!\n");
		exit(0);
	}
	fd2 = open(FIFO2,O_WRONLY);	//只写打开管道2，获取管道文件描述符
	if(fd2==-1)	{
		printf("open fifo2 file failed!\n");
		exit(0);
	}
	
	while(1) {
		bzero(r_buff,30);
		read(fd1,r_buff,sizeof(r_buff));  //读取管道1的消息
		printf("client receive message  is: %s\n",r_buff);
		printf("client please input a message!\n");
		fgets(w_buff,30,stdin);
		write(fd2,w_buff,30);  //发送信息给管道2
	}
	close(fd2);
	close(fd1);
	
	return 0;
}

fifo_write.c :-----------》
#define FIFO1  "myfifo1"
#define FIFO2  "myfifo2"
int main(void)
{
	int my_fd,fd1,fd2;
	char w_buff[30];
	char r_buff[30];
	bzero(w_buff,30);
	if(access(FIFO1,F_OK)==-1) {
		my_fd = mkfifo(FIFO1,0664);
		if(my_fd == -1) {
			perror("failed!\n");
			return -1;
		}
	}
	
	if(access(FIFO2,F_OK)==-1) {
		my_fd = mkfifo(FIFO2,0664);
		if(my_fd == -1) {
			perror("failed!\n");
			return -1;
		}
	}
	
	fd1 = open(FIFO1,O_WRONLY);
	if(fd1==-1) {
		printf("open fifo1 file failed!\n");
		exit(0);
	}
	fd2 = open(FIFO2,O_RDONLY);
	if(fd2==-1) {
		printf("open fifo2 file failed!\n");
		exit(0);
	}
	while(1) {
		bzero(w_buff,30);
		printf("server please input a message!\n");
		fgets(w_buff,30,stdin);  
		write(fd1,w_buff,strlen(w_buff));  //写入消息到管道1文件
		read(fd2,r_buff,30);  //读取信息从管道2
		printf("server receive message is:%s\n",r_buff);
	}
	close(fd1);
	close(fd2);
	
	return 0;
}

2.1 .3 単一のシグナル
プログラム (プロセス) の実行中、外部の世界は時々プログラムにシグナルを送信しますが、このときプログラムは 2 つの選択肢に直面します:

ブロッキング: シグナルを一時停止し、応答する前にプログラムの実行が終了するまで待機することを指します

無視: このシグナルを破棄します
応答します

1. シグナルとはLinux では: kill -l で

 1) SIGHUP	 2) SIGINT	 3) SIGQUIT	 4) SIGILL	 5) SIGTRAP
 6) SIGABRT	 7) SIGBUS	 8) SIGFPE	 9) SIGKILL	10) SIGUSR1
11) SIGSEGV	12) SIGUSR2	13) SIGPIPE	14) SIGALRM	15) SIGTERM
16) SIGSTKFLT	17) SIGCHLD	18) SIGCONT	19) SIGSTOP	20) SIGTSTP
21) SIGTTIN	22) SIGTTOU	23) SIGURG	24) SIGXCPU	25) SIGXFSZ
26) SIGVTALRM	27) SIGPROF	28) SIGWINCH	29) SIGIO	30) SIGPWR
31) SIGSYS	34) SIGRTMIN	35) SIGRTMIN+1	36) SIGRTMIN+2	37) SIGRTMIN+3
38) SIGRTMIN+4	39) SIGRTMIN+5	40) SIGRTMIN+6	41) SIGRTMIN+7	42) SIGRTMIN+8
43) SIGRTMIN+9	44) SIGRTMIN+10	45) SIGRTMIN+11	46) SIGRTMIN+12	47) SIGRTMIN+13
48) SIGRTMIN+14	49) SIGRTMIN+15	50) SIGRTMAX-14	51) SIGRTMAX-13	52) SIGRTMAX-12
53) SIGRTMAX-11	54) SIGRTMAX-10	55) SIGRTMAX-9	56) SIGRTMAX-8	57) SIGRTMAX-7
58) SIGRTMAX-6	59) SIGRTMAX-5	60) SIGRTMAX-4	61) SIGRTMAX-3	62) SIGRTMAX-2
63) SIGRTMAX-1	64) SIGRTMAX

を表示します (1) シグナル 1 ～ 31 は非リアルタイムシグナルと呼ばれます: キューはサポートされていません (複数のシグナルが同時に来た場合、応答は次のようになります)不定期)

(2) ユーザ定義シグナル 10 ) SIGUSR1 12) SIGUSR2

(3) シグナル No. 34 ～ 64 はリアルタイムシグナルと呼ばれ、キューをサポートしており、Linux システムで後から追加されたシグナルです。
信号は割り込みに似ています: ハードウェアとソフトウェア

上記の信号には 2 つの特別なものがあります: SIGKILL と SIGSTOP は無視またはブロックできません

2. 信号関連の操作関数

(1) シグナル送信 kill()

 #include <signal.h>
 int kill(pid_t pid, int sig);
 参数：
   pid ----》进程的id
			正数：要接收信号的进程的进程号
			0：信号被发送到所有和pid进程在同一个进程组的进程
			-1：信号发给所有的进程表中的进程(除了进程号最大的进程外)
   sig ----》信号名字
   返回值：0 成功
		   -1 出错

(2) シグナルキャプチャ signal()

 #include <signal.h>
 void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);  // SIGKILL
         参数：sig ----》你需要捕捉的那个信号
               void (*func)(int) ----》函数指针,回调函数，捕捉到对应的信号的时候就调用该函数；第二个参数除了可以传递一个函数指针意外，还可以使用以下两个宏定义：
                SIG_IGN ---->你捕捉到的那个信号会被忽略
                SIG_DFL-----》你捕捉的信号会采用系统默认的方式响应
		返回值：成功：设置之前的信号处理方式
			出错：-1

(3) シグナル待機一時停止()

#include <unistd.h>
int pause(void);
	返回值：-1 把error值设为EINTR
			0 成功

（4）信号的阻塞
每个进程都有属于它自己的一个信号掩码（也就是该进程在运行的过程中会阻塞掉的那些信号就被称作信号掩码）。
关于信号掩码操作的一系列函数：

#include <signal.h>

  		int sigemptyset(sigset_t *set)：清空信号掩码
        int sigfillset(sigset_t *set)：将所有的信号添加到信号掩码中
        int sigaddset(sigset_t *set, int signum)：将特定的信号添加到信号掩码中 
  		int sigdelset(sigset_t *set, int signum)：将特定的信号从掩码中删除
  		int sigismember(const sigset_t *set, int signum)：判断某个信号在不在该掩码中
		参数：sigset_t ----》存储被进程阻塞的信号

（5）配置信号掩码 sigprocmask（）—阻塞或解除阻塞信号

    #include <signal.h>
 	int sigprocmask(int how, const sigset_t *restrict set, sigset_t *restrict oset)
	参数：
      how ---》SIG_BLOCK 将set所包含的信号添加到原来的信号掩码中
              SIG_SETMASK 用set去替换原来的信号掩码
              SIG_UNBLOCK 将set中包含的信号从原来的掩码中删除
      set ---》新的信号掩码
      oset ---》原本的信号掩码
 				原本进程中信号掩码包含了：SIGINT ,SIGCONT

（6）捕捉指定信号并获取信号携带信息sigaction（）

#include <signal.h>
int sigaction(int sig, const struct sigaction *restrict act, struct sigaction *restrict oact);
参数：
  	sig ---》你要捕捉的那个信号
    act ---》你需要捕捉的信号对应的响应函数就定义在这个结构体
    oact ---》原来的
    struct sigaction
    {
        void(*) (int)     sa_handler ----》 信号的响应函数
        sigset_t          sa_mask  ---》信号的掩码
        int               sa_flags ----》  SA_SIGINFO
        void(*) (int, siginfo_t * ，void ）---》信号的响应函数
     }
	sa_flags ---》等于SA_SIGINFO，那么信号的响应函数是void(*) (int, siginfo_t * ，void ）
          		不等于，那么信号的响应函数是void(*) (int) 
   siginfo_t---》/usr/include/i386-linux-gnu/bits/siginfo.h 保存的是信号的状态信息，信号的标号，发送该信号的进程的id等等这些