《进程控制与进程间通信.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《进程控制与进程间通信.（108页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 多进程编程 3.1 进程控制 进程与程序 n 程序 u指令和数据的集合 u存放在磁盘上的一个普通文件里 u文件的i节点中标为可执行，内容符合系统要求 n 进程 u包括指令段、用户数据段和系统数据段的执行环境 n 进程和程序的关系 u程序用于初始化进程的指令段和用户数据段，初始 化后，进程和初始化它的程序之间无联系 u进程运行时磁盘上的程序文件不可修改/删除 u同时运行的多个进程可由同一程序初始化得到，进 程之间没什么联系。核心通过安排它们共享指令段 以节省内存，但这种安排对用户来说是透明的 进程的组成部分(1) 四部分：指令段，数据段，堆栈段和系统数据 n 指令段(Text) u程序的
2、CPU指令代码,包括：主程序和子程序编译 后的CPU指令代码，以及调用的库函数代码 u指令段的大小固定不变，只读 n 用户数据段 u全局变量，静态(static)变量，字符串常数 u允许数据段增长和缩小，实现内存的动态分配 系统调用sbrk()允许编程调整数据段的大小 内存管理库函数，如：malloc()，free() 进程的组成部分(2) n 用户堆栈段 u程序执行所需要的堆栈空间，实现函数的调用 用于保存子程序返回地址 在函数和被调函数之间传递参数 函数体内部定义的变量(静态变量除外) umain函数得到的命令行参数以及环境参数 存放在堆栈的最底部 main函数运行之前，这些部分就已经被系
3、统初始化 u堆栈段的动态增长与增长限制 n 系统数据段 u上述三部分在进程私有的独立的逻辑地址空间内 u系统数据段是内核内的数据，每个进程对应一套 包括页表和进程控制块PCB 进程逻辑地址空间的布局 进程的系统数据 在UNIX内核中，含有进程的属性，包括: u页表 u进程状态，优先级信息 u核心堆栈 u当前目录(记录了当前目录的i-节点)，根目录 u打开的文件描述符表 uumask值 u进程PID，PPID u进程主的实际UID/GID，有效UID/GID u进程组组号 user结构和proc结构 n 进程PCB被分为user结构和proc结构两部分 uuser结构(约5000字节)， 进程运
4、行时才需要的数据在user结构 核心态堆栈占用了较多空间 uproc结构(约300字节)， 进程不运行时也需要的管理信息存于proc结构 u用户程序不能直接存取和修改进程的系统数据 u系统调用可用来访问或修改这些属性 chdir， umask，open， close setpgrp， getpid， getppid 进程的基本状态 n 基本状态 u进程创建之后，主要有运行状态和睡眠状态(也叫阻塞 状态，等待状态，挂起状态，等等) u内核总是在分时处理运行状态的进程，而不顾那些处 于睡眠状态的进程 u睡眠状态的进程，在条件满足后转化为运行状态 u进程在睡眠时，不占用CPU时间 注意：在编程时，程
5、序不要处于忙等待状态 进程的调度 n 调度优先级 u内核将可运行进程按优先级调度，高优先级进程优先 u进程的优先级总在不停地发生变化 u处于睡眠状态的进程一旦被叫醒后，被赋以高优先级 ，以保证人机会话操作和其它外设的响应速度 u用户程序用nice()系统调用有限地调整进程的优先 级 scanf(“%d“, 程序在串口终端上执行时操作员输入756然后按下回车 time:进程执行的时间 n 进程执行时间包括 u睡眠时间，CPU时间(用户时间和系统时间) u外部命令/usr/bin/time uB-shell和C-shell都有个内部命令time /usr/bin/time find /usr -n
6、ame *.c -print Real 6.06 User 0.36 System 2.13 uC-shell: time find /usr -name *.h -print 0.4u 6.2s 0:10 61% 4+28k 0+0io 0pf+0w n 与CPU时间有关的命令vmstat $ vmstat 10 procs memory swap io system cpu r b w swpd free buff cache si so bi bo in cs us sy id 0 0 0 0 55916 6128 38156 0 0 439 118 146 180 8 15 76 0
7、0 0 0 55252 6160 38160 0 0 0 32 112 54 26 1 73 系统调用times() n 系统调用times() 当前进程CPU时间，已结束子进程占用过的CPU时间 clock_t times(struct tms *buf); struct tms clock_t tms_utime; /* user CPU time */ clock_t tms_stime; /* system CPU time */ clock_t tms_cutime; /* user CPU time, terminated children */ clock_t tms_cstim
8、e; /* system CPU time, terminated children */ ; n clock() u返回times()的四个CPU时间的总和。单位是 1/CLOCKS_PER_SEC秒 n getrusage()函数，times()函数的升级版本 u返回CPU时间，还返回表示资源使用状况的另外 14个值，包括内存使用情况，I/O次数，进程切换 次数 与时间有关的函数 n 标准函数库中time()：获得当前时间坐标 u坐标0为1970年1月1日零点，单位：秒 ut=time(0);和time(都会使t值为当前时间 坐标 n 函数gettimeofday() u获得当前时间坐标，
9、坐标的0是1970年1月1日零点 u可以精确到微秒s(10-6秒) n localtime() u将坐标值转换为本地时区的年月日时分秒 n mktime u将年月日时分秒转换为坐标值 n ctime()和asctime() u坐标值和年月日时分秒转换为可读字符串 忙等待 n 多任务系统中“忙等待”的程序是不可取的 1 #include 2 main(int argc, char *argv) 3 4 unsigned char buf1024; 5 int len, fd; 6 if ( (fd = open(argv1, O_RDONLY) 0) 13 write(1, buf, len);
10、 14 15 u程序14行前增加sleep(1)：1秒定时轮询 uselect()调用可将睡眠时间设为10毫秒级精度 fork：创建新进程 n 功能 ufork系统调用是创建新进程的唯一方式 u原先的进程称做“父进程”，新创建进程被称作“子进程 ” u完全复制：新进程的指令，用户数据段，堆栈段 u部分复制：系统数据段 n fork返回值：父子进程都收到返回值，但不相同 u返回值很关键，它用于区分父进程(返回值0，是子进 程的PID)和子进程(返回值=0)，失败时返回-1 n 内核实现 u创建新的proc结构，复制父进程环境(包括user结构和 内存资源)给子进程 u父子进程可以共享程序和数据(
11、例如：copy-on-write技 术)，但是系统核心的这些安排，对程序员透明 fork举例(1) 执行结果 1 ./fork1: BEGIN 2 a+b=30 3 a+b=230 4 ./fork1: END 3 a+b=230 4 ./fork1: END int a; int main(int argc, char *argv) int b; printf(“1 %s: BEGINn“, argv0); a = 10; b = 20; printf(“2 a+b=%dn“, a + b); fork(); a += 100; b += 100; printf(“3 a+b=%dn“, a
12、 + b); printf(“4 %s: ENDn“, argv0); fork举例(2) 执行结果 Hello pid=815 ppid=814,a=6 Bye Pid=814 child=815,a=6 Bye main() int a, pid; printf(“Hellon“); a = 3; pid = fork(); a += 3; if (pid 0) printf(“Pid=%d child=%d, a=%dn“, getpid(), pid, a); else if (pid = 0) printf(“pid=%d ppid=%d, a=%dn“, getpid(), get
13、ppid(), a); else perror(“Create new process“); printf(“Byen“); 命令ps n 功能 u查阅进程状态(process status)(实际上就是将 内核中proc和user数组的内容有选择地打印 出来) n 选项 u用于控制列表的行数(进程范围)和列数(每进程列 出的属性内容) u无选项：只列出在当前终端上启动的进程 列出的项目有：PID，TTY，TIME，COMMAND ue选项：列出系统中所有的进程(进程范围) ut选项：列出指定终端上的所有进程(进程范围) uf选项：以full格式列出每一个进程(控制列的数目) ul选项：以lo
14、ng格式列出每一个进程(控制列的数目 ) 命令ps举例 例：ps -ef命令的输出 UID PID PPID C STIME TTY TIME COMMAND root 0 0 0 16:11:14 ? 0:00 sched root 1 0 0 16:11:14 ? 0:01 /etc/init root 2 0 0 16:11:14 ? 0:00 vhand root 3 0 0 16:11:14 ? 0:00 bdflush root 6547 335 0 16:15:05 01 0:00 server 4 1 root 175 1 0 16:11:14 ? 0:00 inetd roo
15、t 173 1 0 16:11:14 ? 0:00 syslogd root 296 1 0 16:11:21 ? 0:00 /tcb/files/no_luid/sdd root 6551 291 80 16:17:16 08 0:37 busy_check root 335 1 0 16:11:31 01 0:00 server_ctl root 337 1 0 16:11:33 01 0:05 server_ap root 353 1 0 16:12:01 12 0:00 client_ctl 100.1.1.3 root 356 295 0 16:12:07 12 0:04 clien
16、t_ap 1403 命令ps列出的进程属性 uUID：用户ID(注册名) uPID：进程ID uC：CPU占用指数：最近一段时间(秒级别)进程占用CPU 情况。不同系统算法不同，例如：正占CPU进程10ms加1 ，所有进程1秒衰减一半 uPPID：父进程的PID uSTIME：启动时间 uSZ：进程逻辑内存大小(Size) uTTY：终端的名字 uCOMMAND：命令名 uWCHAN：进程睡眠通道(Wait Channel) uTIME：累计执行时间(占用CPU的时间) uPRI：优先级 uS：状态，S(Sleep)，R(Run)， Z(Zombie) exec系统调用 n 功能 u用一个指定的程序
