IO进程（学习）2024.8.19

embedded/2024/9/23 0:35:49/

目录

进程

函数

创建进程

定义

案例

特点

进程回收

定义

案例

进程退出

定义

 案例

exit和return区别

获取进程号

定义

案例

fork函数补充

1.读时共享写时拷贝

2.vfork和fork的区别

exec函数族

案例

守护进程

特点

步骤

案例:守护进程循环1s向文件中写入字符“hello”

线程

概念

进程和线程的区别

函数

创建线程

定义

案例

线程回收

定义

案例

线程退出

定义

案例

获取线程ID

定义

案例

线程分离函数

定义

案例

使用方式

注意事项

取消线程

定义

案例

进程

函数

创建进程

定义

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);        (原有的进程是父进程，新创建的进程是子进程)
功能：创建子进程
返回值：
        成功：在父进程中：返回子进程的进程号 >0
                   在子进程中：返回值为0
        失败：-1并设置errno

案例
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0){perror("fork函数出错");return -1;}// 子进程else if (pid == 0){printf("in the 子进程\n");}// 父进程else{printf("in the 父进程\n");}return 0;
}
特点

1.子进程几乎拷贝了父进程的全部内容。包括代码、数据、系统数据段中的pc值、栈中的数据、父进程中打开的文件等；但它们的PID、PPID是不同的。
2.父子进程有独立的地址空间，互不影响；当在相应的进程中改变全局变量、静态变量，都互不影响。
3.若父进程先结束，子进程成为孤儿进程，被init进程收养，子进程变成后台进程。
4.若子进程先结束，父进程如果没有及时回收，子进程变成僵尸进程（要避免僵尸进程产生）

进程回收

定义

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
功能：回收子进程资源，阻塞函数，等待子进程退出后结束阻塞
参数：status：子进程退出状态，不接受子进程状态设为NULL
返回值：成功：回收的子进程的进程号
              失败：-1

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能：回收子进程资源
参数：
        pid：>0     指定子进程进程号
                =-1   任意子进程  (等待任意子进程)
                =0    等待其组ID等于调用进程的组ID的任一子进程 
                <-1   等待其组ID等于pid的绝对值的任一子进程
        status：子进程退出状态
        options：0：阻塞
                        WNOHANG：非阻塞  (没有子进程退出会立刻返回)
返回值：正确：返回结束的子进程的进程号
              当使用选项WNOHANG且没有子进程结束时：0
              失败：-1

案例
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>int main(int argc, char const *argv[])
{pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0){perror("fork函数出错");return -1;}// 子进程else if (pid == 0){printf("in the子进程\n");}// 父进程else{wait(NULL);printf("in the 父进程\n");while(1)}return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>int main(int argc, char const *argv[])
{pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0){perror("fork函数出错");return -1;}// 子进程else if (pid == 0){printf("进入子进程\n");sleep(5);printf("子进程结束\n");}// 父进程else{printf("进入父进程\n");while (1){int ret = waitpid(pid, NULL, WNOHANG);if (ret == 0){sleep(1);printf("父进程等待\n");}if (ret == pid){printf("捕获子进程结束\n");break;}}}return 0;
}

补充：        wait(NULL);         等价于waitpid(-1, NULL, 0);

进程退出

定义

void exit(int status);
功能：结束进程，刷新缓存

void _exit(int status);
功能：结束进程，不刷新缓存
参数：status是一个整型的参数，可以利用这个参数传递进程结束时的状态。通常0表示正常结束；其他的数值表示出现了错误，进程非正常结束

 案例
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0){perror("fork函数出错");return -1;}// 子进程else if (pid == 0){printf("in the 子进程\n");}// 父进程else{printf("in the 父进程\n");//exit(0);    //刷新缓存区_exit(0);    //不刷新缓存while(1);}return 0;
}
exit和return区别

        exit：不管在子函数还是主函数，都可以结束进程                                                                    return：当子函数中有return时返回到函数调用位置，并不结束进程

获取进程号

定义

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

pid_t getpid(void);
功能：获取当前进程的进程号


pid_t getppid(void);
功能：获取当前进程的父进程号

案例
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0){perror("fork函数出错");return -1;}// 子进程else if (pid == 0){printf("in the 子进程 进程号%d 父进程号%d\n", getpid(), getppid());}// 父进程else{printf("in the 父进程 进程号%d 父进程号%d 子进程号为%d\n", getpid(), getppid(), pid);}return 0;
}

fork函数补充

1.读时共享写时拷贝

读时共享：刚fork出来之后，两个地址空间用户区数据完全相同，父子进程都指向同一块共享区域，父子进程中都映射到共享区域中的变量（int num）

写时拷贝：当后续父子进程对共享区域中的变量进行不同的操作时(父进程对num++，子进程对num--)，发生写时拷贝原则，父子进程各自拷贝出来独立的空间存放自己的num，因此父子进程中空间是相互独立，互不影响的，因此父子进程之间不能够使用全局变量进行通信。

2.vfork和fork的区别

共同点：创建子进程
执行顺序：vfork先执行子进程，子进程调用exit函数结束进程时，父进程再执行
                  fork父子进程执行顺序没有先后
地址空间：fork创建的子进程复制父进程的全部内容，有独立的地址空间
                  vfork创建的子进程和父进程共享地址空间

exec函数族

功能：在一个进程中执行另一个程序
int execl(const char *path, const char *arg, ...，NULL);
参数：path：执行的程序的路径
           arg：程序名称
           ...：参数列表
           NULL：结束标志

案例
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main(int argc, char const *argv[])
{printf("hello\n");// execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);system("ls");return 0;
}

守护进程

特点

1.守护进程的生命周期较长，在系统启动时开启，系统关闭退出

2.守护进程是一个后台进程不依赖于控制终端，且周期性执行的一个进程

步骤

1.创建子进程，父进程退出
        让子进程变成孤儿进程，成为后台进程；        fork()
2.在子进程中创建新会话
        让子进程成为会话组组长，为了让子进程完全脱离终端；        setsid()
3.修改进程运行路径为根目录
        原因进程运行的路径不能被卸载；        chdir("/")
4.重设文件权限掩码
        目的：增大进程创建文件时权限，提高灵活性；        umask(0)
5.关闭文件描述符 (守护进程是一个后台进程，不需要和用户进行交互)
        将不需要的文件关闭；        close()

案例:守护进程循环1s向文件中写入字符“hello”

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>int main(int argc, char const *argv[])
{pid_t pid;pid = fork();int fd = open(argv[1], O_RDWR);if (pid < 0){perror("fork函数出错");return -1;}// 子进程else if (pid == 0){// 在进程中创建新会话setsid();// 改变当前目录为根目录chdir("/");// 重设文件权限源码umask(0);// 关闭文件描述符close(0);while (1){write(fd, "hello\n", 6);sleep(1);}}// 父进程else{exit(0);}return 0;
}

线程

概念

轻量级的进程
同一个进程中创建多个线程共享进程地址空间，引入线程可以提高系统的性能

进程和线程的区别

共同点：都为系统提供并发的执行的能力
不同点：
资源和调度:进程是系统资源分配的最小单位

                   线程是资源调度的最小单位
地址空间:每个进程都有独立的地址空间；

                同一个进程中的多个线程共享进程地址空间
通信方面:多线程的通信比较简单，借助全局变量，但是需要考虑临界资源的访问问题；

                多进程的通信比较复杂，需要借助3-4g的内核空间(共享的)来完成通信
安全性方面:进程相对比较安全(空间独立，一个进程退出不会影响其他进程)，
                   线程安全性相对较低，进程退出其中的线程会随之结束

函数

创建线程

定义

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);
功能：创建线程
参数：thread：线程标识 (线程ID)
           attr：线程属性， NULL：代表设置默认属性
           start_routine：函数名：代表线程函数
           arg：用来给前面函数传参
返回值：成功：0
              失败：错误码

案例
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>// 子线程
void *handler(void *arg)
{printf("in the 子线程\n");return NULL;
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t tid;if (pthread_create(&tid, NULL, handler, NULL) !=0){perror("pthread_create函数失败");return -1;}//主线程printf("in the 主线程\n");while(1);return 0;
}

补充：编译程序时要手动链接线程库        gcc xxx.c -lpthread

线程回收

定义

int  pthread_join(pthread_t thread,  void **value_ptr) 
功能：用于等待一个指定的线程结束，阻塞函数
参数：thread：创建的线程对象
           value_ptr：指针*value_ptr指向线程返回的参数
返回值:成功：0
            失败：errno

案例
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>// 子线程
void *handler(void *arg)
{sleep(3);printf("in the 子线程\n");return NULL;
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t tid;if (pthread_create(&tid, NULL, handler, NULL) != 0){perror("pthread_create函数失败");return -1;}// 主线程printf("in the 主线程\n");// 阻塞等待线程退出，回收线程资源pthread_join(tid, NULL);return 0;
}

线程退出

定义

void  pthread_exit(void *value_ptr) 
功能：用于退出线程的执行
参数：value_ptr：线程退出时返回的值  (相当于给他传递的状态值)
返回值：无

案例
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>// 子线程
void *handler(void *arg)
{sleep(3);printf("in the 子线程\n");pthread_exit(NULL);printf("exit\n");return NULL;
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t tid;if (pthread_create(&tid, NULL, handler, NULL) != 0){perror("pthread_create函数失败");return -1;}// 主线程printf("in the 主线程\n");// 阻塞等待线程退出，回收线程资源pthread_join(tid, NULL);return 0;
}

获取线程ID

定义

pthread_t  pthread_self(void);
功能：获取线程号
返回值：线程ID

案例
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>// 子线程
void *handler(void *arg)
{sleep(3);printf("in the 子线程 线程号%lu\n", pthread_self());pthread_exit(NULL);printf("exit\n");return NULL;
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t tid;if (pthread_create(&tid, NULL, handler, NULL) != 0){perror("pthread_create函数失败");return -1;}// 主线程printf("in the 主线程 线程号%lu 子线程号%lu\n", pthread_self(), tid);// 阻塞等待线程退出，回收线程资源pthread_join(tid, NULL);return 0;
}

线程分离函数

定义

        设置线程分离属性，保证子线程在退出时，系统可以自动完成资源回收，不需要调用 pthread_join函数进行回收

int pthread_detach(pthread_t thread);
功能：让线程分离，线程退出让系统自动回收线程资源
参数：线程ID

          子线程在退出的时候，主线程没有给子线程回收资源的话，线程会变成僵尸线程

案例
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>// 子线程
void *handler(void *arg)
{sleep(3);printf("in the 子线程 线程号%lu\n", pthread_self());pthread_exit(NULL);printf("exit\n");return NULL;
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t tid;if (pthread_create(&tid, NULL, handler, NULL) != 0){perror("pthread_create函数失败");return -1;}// 主线程printf("in the 主线程 线程号%lu 子线程号%lu\n", pthread_self(), tid);pthread_detach(tid);return 0;
}
使用方式

1.在主线程中调用pthread_detach(tid);
2.在子线程中调用pthread_detach(pthread_self());

注意事项

1.如果线程已经设置了分离状态，则再调用pthread_join就会失败
2.当主线程中希望有阻塞操作时，可以选择调用pthread_join函数回收线程
   当主线程本身有循环操作，希望子线程在结束时立马回收线程，可以选择pthread_detach设置分离属性
3.设置线程的分离属性有两种方式        
        (1)通过pthread_detach进行设置
        (2)通过pthread_create函数的第二个参数(线程属性)来设置分离属性

取消线程

定义

#include <pthread.h>
int pthread_cancel(pthread_t thread);
功能：向一个指定的线程发送取消请求
参数：thread：线程ID
返回值：成功：0

              失败：错误码

pthread_testcancel()
功能：检查取消请求

案例
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>// 子线程
void *handler(void *arg)
{sleep(3);printf("in the 子线程 线程号%lu\n", pthread_self());while (1){pthread_testcancel();}printf("exit\n");return NULL;
}int main(int argc, char const *argv[])
{pthread_t tid;if (pthread_create(&tid, NULL, handler, NULL) != 0){perror("pthread_create函数失败");return -1;}// 主线程printf("in the 主线程 线程号%lu 子线程号%lu\n", pthread_self(), tid);sleep(1);pthread_cancel(tid);pthread_join(tid, NULL);return 0;
}

综合练习题：主线程循环从终端输入字符串，子线程循环将字符串打印至终端，当输入"quit"时结束

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>char a[100];
int flag = 0; // 0表示无新数据，1表示有新数据void *handler(void *arg)
{while (1){sleep(1);if (strcmp(a, "quit") == 0){break;}if (flag == 1){printf("%s\n", a);flag = 0;}}return NULL;
}int main()
{pthread_t tid;if (pthread_create(&tid, NULL, handler, NULL) != 0){perror("pthread_create函数失败");return -1;}while (1){scanf("%s", a);getchar();flag = 1;if (strcmp(a, "quit") == 0){flag = 0;break;}}pthread_join(tid, NULL);return 0;
}

http://www.ppmy.cn/embedded/97866.html

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