1 "-----第六天-----------------------------------------------------------------------------" 2 3 1.版本控制：svn/git; 4 5 2.進程的概念： 6 1）程序和進程； 7 每個進程操作系統會為它分配 0-4G 的虛擬內存空間（32位操作系統）； 其中0-3G為用戶內存空間，進程可以對它進行讀寫操作； 3G - 4G 為系統內核空間，進程沒有讀寫權限。 8 進程只能讀寫用戶空間，沒有權限讀寫內核空間（kernel）; 9 2）內存頁面的概念 10 操作系統是按頁來管理內存的；每個頁有4096個字節。 11 還可以設置頁面屬性：如char *str = "hello",字符串在只讀數據段，此時只能讀，不能寫。 12 13 3)進程的4種形態：0-3級； 0 級(內核態)，最高； 3級(用戶態);最低。 14 15 2）並發： 16 3）單道程序設計/多道程序設計 17 4）CPU/MMU 18 5）PCB：結構體；其中有一個指針指向文件描述符表；文件描述符表中存儲1024個指針；已經打開的文件結構體。 19 每個進程有屬於自己的PCB（進程的狀態描述符）；但是多個進程只有一個內核區。 20 3.環境變量控制 21 1)echo $名稱； 查看該名稱的環境變量。 22 2)查看系統的環境變量： env; 23 3)獲取環境變量的值：char *getenv(const char* name); 獲取鍵name環境變量的值。 24 4)設置環境變量：int setenv(const char *name, const char *value, int rewrite); 將環境變量name的值設置為 value。 25 如果環境變量 name 已存在；則 rewrite 非0，覆蓋原來的環境變量；rewrite為0，則不覆蓋原來的環境變量。 26 5）刪除環境變量： void unsetenv(const char *name) 刪除 name 的定義; 27 28 6)進程里可以設置自己的環境變量，避免設置在終端，影響他人。 29 4.環境控制原語： 30 1）fork: 31 2)wait/waitpid 32 3) 33 34 5. printenv.c 35 36 6.進程的狀態：4 種或 5 種，都對。 就緒， 運行， 睡眠， 停止。 37 38 7.CPU的組成狀態： 運算器，寄存器，控制器，譯碼器。 39 40 操作系統完成進程調度。（cpu進行時鍾周期運算） 41 cpu的分時復用功能，使進程看起來像多進程。 42 在單核 cpu 上，同一時間只能有一個進程處於運行狀態。那么多核 cpu，就可以有多個進程處於運行狀態。 43 44 8.進程原語： 45 1）創建子進程。pid_t fork(); 調用1次，返回兩次；在父進程返回子進程的 PID, 在子進程返回0. 46 2) fork()的工作進程：先調用 creat(),創建一個進程， 在調用 clone()，給子進程復制父進程的內容; 47 3）pid = fork(); //此時父子進程就都出來了。 48 4）pid_t getpid(); 返回調用進程的PID號； 49 pid_t getppid(); 返回調用進程的父進程的PID號 50 當在子進程中 getpid(),得到的值與 fork()父進程的返回值相等，都是這個子進程的id號 51 5）父子進程：讀時共享，寫時復制。 52 6）最大創建進程 個數; 53 9. uid_t getuid(void); //返回實際用戶id； 54 uid_t geteuid(void); //返回有效用戶id； 55 "注意： 文件實際用戶與有效用戶在創建該文件的家目錄下時，如果沒有修改，此時是相通的。 56 當文件被拷貝到root目錄時， " 57 設置用戶id； chmod 04755; 4 是設置用戶ID。 完后效果為 -rwsr-xr-x; s表示設置了用戶ID。 58 作用：當執行此文件時，執行者有效用戶ID變為此文件的所有者。 59 設置用戶組ID： chmod 06777; 6 是設置用戶ID和組ID； 效果為： -rwsrwsrwx; 60 61 10. exec族函數的使用： 62 1）功能： 去磁盤中加載另一個可執行程序，用它的代碼段、數據段替換掉當前可執行程序的代碼段、數據段；然后從后加載的這個程序退出，被替換的程序后續代碼就不執行了。（換核不換殼，） 63 2）一般情況下：與 fork() 函數聯合使用;。 同時exec族函數不會創建新進程， 所以該程序的 ID 不會改變。 64 65 3）函數的返回值： 成功沒有返回值，運行完畢，自己退出。 66 失敗返回 -1; 67 4）exec族函數的規律： l(list)：命令行參數列表。 p(path): 搜索file時使用path變量。 68 v(vector):使用命令行參數數組。 e(environment):使用環境變量的數組，不使用進程原有的環境變量，設置新加載程序的環境變量; 69 70 5）int execl(const char *path, const char *argc, ...); 71 例如：execl("./bin/ls", "ls", "-l", "-a", NULL); 這幾個參數的作用：其中第一個參數："./bin/ls",命令的環境變量（即所在文件），不可以改變，必須完整正確； 72 "ls"：占位參數，可以隨便寫，一般寫成該命令。（不能缺失，如果缺失了，就會把后面的命令參數變為占位參數，輸出結果會出錯。） "-l","-a"該命令的參數。 NULL：衛兵，執行到這里時命令結束。 73 74 11. toupper():將小寫字母變為大寫。 75 76 12.僵屍進程，孤兒進程： 77 1）S：睡眠狀態； Z：僵屍狀態； 78 2）僵屍進程的產生原因：用戶空間釋放，內核空間的PCB沒有釋放，等着父進程回收。（它消耗的是內核當中的內存資源） 79 即：子進程退出，父進程沒有回收子進程資源（PCB），則子進程變為僵屍進程。 80 3）子進程的PCB（在內核空間）沒有釋放,是留給父進程回收用的。只有父進程回收后，僵屍進程才會消失。 81 4）殺死僵屍進程的辦法是殺掉它的父進程。 82 83 孤兒進程：父進程先於子進程結束，則子進程變為孤兒進程，子進程的變為1號進程init進程，由1號進程領養。 84 85 "僵屍進程比孤兒進程更危險， 因為它不會自動關；，而孤兒進程會由 1 號進程領養，當它執行完畢后，會被 1 號進程回收"。 86 做開發時主要避免的是僵屍進程的產生。用 wait(); waitpid(); 來避免僵屍進程的產生。 87 88 89 13. pid_t wait(int* status); （阻塞函數，等待回收子進程資源；如果沒有子進程，返回-1）； 90 1）返回值：回收的子進程的ID號， wait(NULL);不關心子進程如何死亡，直接回收。 91 wait(&st); 用st來保存子進程死亡時的狀態。 92 93 2） 父進程的ID與它的進程組ID相同；子進程的組ID與父進程的ID相同。 94 kill -9 -父進程的ID(即組進程的ID)，這個進程組的所有進程都被殺死。"（注意 - 不能少）" 95 96 14.pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); (設置非阻塞。) 97 第一個參數 pid的值類型： 1） < -1; 回收指定進程組內的任意子進程。（因為父進程與子進程屬於統一進程組，父進程與孫子進程屬於不同的進程組，但是他們有血緣關系。） 98 -1；回收任意子進程（只要有血緣關系就行。） 99 0； 回收 當前調用 waitpid 一個進程組的所有子進程。 100 > 0; 回收指定ID的子進程。 101 第二個參數：保存子進程的推出狀態。 102 103 第三個參數：WNOHANG：如果沒有子進程退出，立即返回。（實現了非阻塞的 wait）. 104 105 15. 阻塞函數：非阻塞函數：在文件open(O_NONBLOCK)的時設置宏；讀常規文件不會出現阻塞，當讀偽文件時會出現。 106 例如：阻塞讀終端； 管道； 網絡； 107 108 設置非阻塞后：應設置輪詢。 109 110 111 "=========進程間的通信（IPC）===========================================================================================================" 112 一。IPC方法：Linux環境下，多個進程間的通信，需要通過內核，在內核中開辟一塊緩沖區（賦予他用戶權限）；進程1把數據從用戶空間拷貝到內核緩沖區， 113 進程2 把數據從內核緩沖區拷讀走，內核提供的這種機制稱為進程間的通信(IPC)。 114 115 進程間的通信；四種方法：1.pipe管道 2.fifo有名管道,3.內存共享映射 4.Unix Domain Socket； 116 管道（使用最簡單）；信號（開銷最小）；共享映射區（速度最快，效率最高）； 本地套接字（最穩定）； 117 118 二。pipe管道： 119 1.管道的特性：數據只能一個讀，一個寫，必須是一個方向。 120 半雙工：數據同一時刻只能有一個流向。即只能父進程寫，子進程讀； 或子進程寫， 父進程讀。 121 全雙工：數據同一時刻可以兩個方向。 122 單工：數據只能同一個方向流動。 123 dup2(int oldfd, int newfd); 將第一個參數拷貝給第二個參數。 124 1.其本質是一個偽文件（實為內核緩沖區） 125 2.有兩個文件描述符引用，一個讀端，一個寫端。 126 3.規定數據從管道的寫端流入，從讀端流出。 127 128 管道的原理：管道實為內核使用環形隊列機制，借助內核緩沖區（4K）實現的。 129 130 管道的局限性：1.數據不能自己寫，自己讀； 131 2.管道中的數據不能反復讀取，一旦讀走，管道中不再存在。 132 3.采用半雙工通信方式，數據只能在單方向上流動。 133 4.只能在有血緣關系之間的進程使用管道。 134 5.只能進行單向通信，雙向通信需要建立兩個管道。 135 136 2. pipe()創建管道，用於有血緣關系之間的通信。（采用環形隊列實現的） 137 管道使用半雙工通信； 創建完管道完后，確定通信方向：父寫子讀，或子寫父讀。 138 如果想創建多條管道，一定要先pipe()，再fork(),使子進程得以繼承管道。 139 140 使用管道時的四種注意情況： 141 1） 寫段關閉，讀端讀完管道里的內容時；再次讀，返回0，相當於讀到文件末尾EOF； 142 2）寫端未關閉，寫端無數據， 讀端讀完管道里的數據時，再次讀，阻塞。 143 3）讀端關閉， 寫段寫管道，產生SIGPIPE信號，寫進程默認情況下會終止進程。 144 4）讀端未讀管道數據，當寫段寫滿管道后，在此寫，阻塞。 145 5）使用管道，無須open，但需手動close。 146 147 管道的緩沖區大小：1.函數的方法：fpathconf(int fd, int name); 第一個參數為管道描述符；第二個參數為情況標識符。 148 2.命令： ulimit -a; 149 150 3. 總結： 151 1.讀管道： 152 1.管道中有數據，read返回實際讀到的字節數； 153 2.管道中無數據，寫端都被關閉，read返回 0，相當於讀到文件末尾； 154 寫端未關閉，read函數阻塞等待，（期待不久的將來會有數據到來，但此時會讓出CPU資源） 155 2.寫管道： 156 1.管道讀端全部關閉；進程異常中止（返回一個終止信號）； 157 2.管道讀端未關閉： 158 1）管道已寫滿，write阻塞等待 159 160 2）管道未寫滿，write將數據寫入，返回實際寫入的字節數; 161 162 163 "===========================================================================" 164 4.設置非阻塞管道的兩種辦法： 165 1）fcntl函數設置非阻塞管道； 166 int flg = fcntl(fd, F_GETFD); 167 flg |= O_NONBLOCK; 168 fcntl(fd, F_SETFL, flg); 169 2）打開文件時直接設置非阻塞； 170 int fd = open("/dev/tty", O_RDWR | O_NONBLOCK); 171 當讀取一個非阻塞文件，但是此時沒有內容，會出錯，錯誤碼為EAGAIN; 172 5. read() 函數的返回值四種情況；由於非阻塞設置的存在. 173 1.返回值 > 0; 讀到的字節數 174 2.返回值 < 0; 讀到文件末尾 175 3.返回值 == -1；但是errno != EAGAIN 或 EWOULDBLOCK 176 if( ret == -1) { 177 if(errno == EAGAIN) 178 { 179 說明文件被設置為非阻塞方式讀取，此時數據沒有到達。 180 } 181 else 182 { 183 失敗； 184 } 185 } 186 4.返回值 == -1， 但是errno == EAGAIN 或 EWOULDBLOCK； 187 說明此時文件被設置為非阻塞方式讀取，數據還沒有到達。 188 "========================================================================" 189 三. fifo有名管道：解決無血緣關系的進程通信; 190 1.介紹： 191 FIFO文件在磁盤上沒有數據塊，僅僅用來標識內核中的一條管道。各進程可以打開這個文件進行read/write，實際上是在寫內核通道，這樣就實現了進程間的通信。 192 1.創建fifo的方法： 193 1)在終端創建一個有名管道；（不常用）用命令；"mkfifo 管道名"; 194 2）在代碼運行時創建一個有名管道；（常用）用函數；int mkfifo(const char*pathname, mode_t mode);成功返回 0，失敗-1； 195 196 2.利用fifo實現非血緣關系進程間通信 197 1.進程使用 “同一個fifo” 完成進程間通信。 198 2.一個進程以只讀方式打開read端，一個程序以只寫打開寫段。 199 3.一根管道可以打開多個讀端，多個寫段。（一個寫段多個讀端； 或 一個讀端多個寫段）； 200 201 3.多種特殊情況： 202 當一個寫端多個讀端時： 每個讀端讀取到的數據都不相同，因為從管道中讀數據，讀走之后，管道中的這個數據就不存在了；此時每個讀端讀到的所有內容合在一起為 203 管道寫端寫入的數據 204 當多個寫端一個讀端時， 每個寫端寫入的數據都會被這個讀端讀取出來；此時管道讀到的數據為所有寫端寫入的數據。 205 206 四。mmap 內存映射： 207 208 從磁盤映射到kernel區，同時kernel區這段內存（映射占用的）開放了用戶區的權限；所以進程可以進行訪問 209 210 1.文件是應用於進程間通信 211 1）父子進程之間 212 可以用文件進行通信； 213 2）非血緣關系進程間通信 214 可以用文件進行通信； 215 216 2.建立映射區，完成進程間通信 217 1）mmap函數；六個參數的不同意義 218 219 2）注意事項 220 1.open的時候可以創建一個新文件，但是用此文件創建映射區時，大小不能為0；(可以進行文件拓展后再用來創建映射) 221 mmap使用的時候經常出現總線錯誤，通常是由於共享文件存儲空間大小引起的。 222 223 2.創建映射區的時候， 隱含着一次對文件的讀操作；所以文件打開的方式只能為"讀寫；或讀"。 224 當 MAP_SHARED（對內存的修改將反應到磁盤空間） 時，要求 映射區的權限 <= 文件打開的權限。 225 當 MAP_PRIVATE(對內存修改不會反應到磁盤空間) 時，此時則沒有要求。（mmap中的權限是對內存的限制）; 226 227 3.映射區創建完后關閉文件按描述符，對映射區沒有影響。 228 4."最后一個參數，偏移量必須是4K的整數倍。" 229 5.munmap函數傳入的地址一定要是mmap的返回地址。堅決杜絕對mmap函數的返回值進行++操作 230 6.mmap創建映射區出錯的概率非常高，必須進行出錯判斷。 231 232 3）父子進程間的mmap（用戶空間獨立，內核去各進程共享。） 233 1.先mmap創建映射區 234 2.再fork()共享映射區內存首地址 235 3.指定MAP_SHARED;（必須是 SHARED）； 236 237 4）非血緣關系進程間通信 238 1.使用“同一個文件”創建映射區 239 2.兩個進程，一個以read映射區，一個以write方式打開映射區； 240 3.指定 MAP_SHARED; 241 4）MAP_ANONYMOUS(匿名映射); 不可以用來通信 242 5)/dev/zero(系統的偽文件); 不可以用來通信 243 5）匿名映射 244 linux 創建匿名映射：第四個參數添加 MAP_ANON或MAP__ANONYMOUS;(注意這個匿名宏，只有Linux操作系統可以使用)。 245 246 UNIX(沒有上述的匿名宏)。使用系統中的特殊文件（/dev/zero;(無限讀，可以用來創建匿名映射)） 247 248 3.數據可以重復讀取；（即多個讀端讀取一個寫端，讀取的內容相同，與fifo不同，取決於讀取的數據）。 249 250 251 252 "====================進程間的通信（IPC）================================================================================================"