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簡 述： 本篇主要講解如下知識點：
- 並行和併發的區別
- 進程控制塊
PCB和進程的五種狀態 - 使用
fork()創建子進程，創建多個兄弟子進程（不含孫進程） - 驗證進程之間沒有共享全局變量
exec()函數族的使用：execl()和execlp()
編程環境：
💻： uos20 📎 gcc/g++ 8.3 📎 gdb8.0
💻： MacOS 10.14 📎 gcc/g++ 9.2 📎 gdb8.3
並行和併發：
併發：一個時間段，處理請求的個數
eg：在一個時間段內， 處理的請求個數。 只有一個 cpu 對任務進行處理。 （每個人都吃一口飯，但是所有人都沒有吃飽，短時間內讓大量的快速吃，然後這樣輪循環。）
並行：多個進程同時進行任務分配：
可以看做，有多個 cpu 對多個任務進行同時處理。
PCB 和 進程的五種狀態：
進程控制塊 PCB：
此部分了解即可： 每一個進程在內核中都有一個進程控制塊 PCB 來維護進程相關的信息，其是有一個 400 多行的結構體組成，其中主要的需要了解的部分如下：
- 進程 id。系統中每一個進程有唯一的一個 id，在 C 語言中，用 pid_t 類型表示。（凡是 xxx_t 一般都是 #define 重新定一個類型， 這裏實際就上課非負整數）
- 進程的狀態，有就緒，運行，掛起，停止 等狀態。（還有一個初始態 ）
- 進程切換時候，需要保存和恢復一些的 CPU 寄存器
- 描述虛擬地址空間的信息（每啓動一個進程，就對應一個虛擬地址空間）
- 描述控制終端的信息
- 當前的工作目錄
- umask 掩碼（執行 umask）
- 文件描述符表，包含很多執行 file 結構體的指針（一個進程最多打開 1024 個）
- 和信號相關的信息
- 用戶 uid 和組 gid (用stat xxx 可以查看)
- 會話（Session）和進程組。（會話就是多個進程組）
- 進程可以使用的資源上限（Resource Limit）。（使用
ulimit -a可看）
進程的五種狀態：
看着如下的這張圖，想起裏了我之前初看的計算機操作系統的相關知識的時候，感慨頗多。
- 狀態切換的關鍵：
- 獲得 cpu
- cpu 執行
進程控制塊，父進程創建子進程的分析 🎃：
父子進程空間，其虛擬地址空間是完全一樣的（用戶區的所有數據都是一樣的，也是會運行的相同的一段代碼；系統區也是一樣的，唯一不一樣的就是系統區的 id 號）。
創建一個子進程，是使用 int fork(void) 函數來創建，在執行完這個 fork 函數之後，將用戶區的內容全部拷貝（包括接下來要執行的代碼）過去。且該 fork 函數有兩個返回值，執行完 fork() 後，父進程會返回子進程的 id（大於 0），子進程會返回一個 0，後面執行相同的代碼，依靠這個來區分父子進程。 下面寫一個代碼片來表明：
對照上面的兩個圖，可以思考如下問題：
- fork 之後，函數的返回值？
- fork() 返回值 > 0，就是父進程；fork() 返回值 == 0，就是子進程
- 子進程創建成功之後，代碼的執行位置？
- 父進程執行哪裏（才創建子進程），子進程就重哪裏裏開始執行。
- 父子進程的執行順序？
- 不一定，自己去搶佔 cpu 資源。執行順序是程序員無法控制的。（cpu 輪循執行）
- 如何區分父子進程？
- 通過 fork() 返回值
- 如何獲取當前進程和父進程的 id？
- 獲取進程 id：獲取當前進程的 PID：
getpid()；獲取當前進程的父進程的 PID：getppid()
- 獲取進程 id：獲取當前進程的 PID：
對與上面的問題，寫如下代碼片段進程測試，main.cpp 裏面的代碼是：代碼下載 main.cpp
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
for (int i = 0; i < 4; ++i) {
printf("++++i = %d\n", i);
}
pid_t pid = -1;
pid = fork();
if (pid > 0)
printf("this is a parent process, pid = %d\n", getpid());
else if (pid == 0)
printf("this is a child process, pid = %d ppid = %d\n", getpid(), getppid());
for (int i = 0; i < 4; ++i) {
printf("----i = %d\n", i);
}
return 0;
}
其運行結果如下：
父進程如何創建多個兄弟子進程（不含孫進程）🎃：
看了上面的小的例子之後，發現這樣可以創建子進程；進一步，怎麼創建多個子進程，但是不要孫創建進程？有怎麼判斷子進程的順序編號？怎麼得到最開始父進程？
代碼如下： 代碼下載 childProcess.cpp
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
pid_t pid = -1;
int i = 0;
for (i = 0; i < 3; ++i) {
pid = fork();
if (pid == 0) //如果當前進程是子進程，就跳出此循環，不在進行 fork() 創建新的子進程
break;
}
if (i == 0)
printf("this is a child process (i == 0), pid = %d ppid = %d\n", getpid(), getppid());
if (i == 1)
printf("this is a child process (i == 1), pid = %d ppid = %d\n", getpid(), getppid());
if (i == 2)
printf("this is a child process (i == 2), pid = %d ppid = %d\n", getpid(), getppid());
if (i == 3)
printf("this is a parent process (i == 3), pid = %d ppid = %d\n", getpid(), getppid());
return 0;
}
分析代碼片：
若是沒有上面的 13、14 行代碼，那麼創建的就不止 3 個子進程；就是如下圖片所示的結果； 使用 fork() 創建子進程的時候，是進行虛擬地址控件的拷貝（可在草稿紙上面畫圖理解，是一個地址塊所有的代碼和變量值都複製一份），他們的當時 i 是 1 的時候，創建的新的子進程的 i 也是 1，不會是初值 0；同理，當 i 是 2 時候創建新進程，其新進程的 i 值是 2，而不是 1； 但是禁止子進程創建孫進程，那麼就可以使用 for() 循環生成多個兄弟子進程，且沒有任何的孫進程。
運行結果：
可以自己每運行行代碼，標記一下 i 的值，以及此 i 的值時刻複製當前進程的虛擬地址空間，給新的子進程；所以 可以通過編號 i 的數值，來判斷兄弟子進程的先後順序；最後編號最大的那個，就是最初的父進程。
進程之間是否共享全局變量：🎃
-
讀時共享（同一個物理內存的上面區域，內存地址爲同一個變量）
-
寫的時候複製
-
父子進程之間能否使用全局變量通信？
- 不能。因爲兩個進程之間內存不共享（讀時共享，寫時複製）
代碼驗證，改寫上面的代碼，添加一個全局變量 int g_num = 200，進行驗證：
#include <stdio.h> #include <unistd.h> int g_num = 200; int main(int argc, char *argv[]) { pid_t pid = -1; int i = 0; for (i = 0; i < 3; ++i) { pid = fork(); if (pid == 0) //如果當前進程是子進程，就跳出此循環，不在進行 fork() 創建新的子進程 break; } if (i == 0) { g_num += 5; printf("this is a child process (i == 2), pid = %d ppid = %d\n", getpid(), getppid()); } if (i == 1){ g_num += 5; printf("this is a child process (i == 2), pid = %d ppid = %d\n", getpid(), getppid()); } if (i == 2) { g_num += 5; printf("this is a child process (i == 2), pid = %d ppid = %d\n", getpid(), getppid()); } if (i == 3) { g_num += 100; printf("this is a parent process (i == 3), pid = %d ppid = %d\n", getpid(), getppid()); } printf("g_nmu = %d\n", g_num); return 0; }運行截圖：
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草稿圖分析：
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顯示當前進程的狀態 ps:
ps aus顯示不依賴於終端的進程（終端是用來和用戶進行交互的）ps aux | grep 查找的進程名使用管道查找指定的進程名稱ps ajx顯示更多的進程信息； PID、PPID、PGID、SID（進程，父進程，組進程，會話）（會話就是多個組進程）ps ajx | grep 查找的進程名若是沒有找到，也會有一行顯示信息，顯示的是 grep 進程相關的信息
刪除執行中的程序或工作 kill:
Linux kill命令用於刪除執行中的程序或工作。
kill可將指定的信息送至程序。預設的信息爲SIGTERM(15)，可將指定程序終止。若仍無法終止該程序，可使用SIGKILL(9)信息嘗試強制刪除程序。程序或工作的編號可利用ps指令或jobs指令查看。
kill -9 將被殺死的進程-9 爲 殺死信號kill -l顯示所有，1-31 通常使用；32 和 33 沒有； 34-51 號通常爲系統預留
使用 kill 命令之後，有一點困惑，使用 kill -l 命令之後；
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在 Ubuntu 18.4 顯示如下， 和 MacOS 顯示有區別， 有清楚的，可以在下面留言幫我解答一下也可以哦。
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只有第9種信號(SIGKILL)纔可以無條件終止進程，其他信號進程都有權利忽略。 下面是常用的信號：
HUP 1 終端斷線 INT 2 中斷（同 Ctrl + C） QUIT 3 退出（同 Ctrl + \） KILL 9 強制終止 TERM 15 終止 CONT 18 繼續（與STOP相反， fg/bg命令） STOP 19 暫停（同 Ctrl + Z）
exec 函數族 🎃：
作用： 讓父子進程執行不相干的操作；能夠替換進程空間中源代碼的 .txt 段；當前程序中調用另外一個應用程序 （調用 exec 之前，需要 fork ）；
exec() 函數族， 也不要判斷返回值：若是函數執行成功，不返回（.text 的代碼立即被全部替換，後面的代碼也不會執行）；若是執行失敗，可以調用 perror(“xx 提示:”) 來打印錯誤信息，退出當前進程；
執行指定目錄下的程序 execl():
int execl(const char *path, const char *arg, ... /*, (char *)0 */);
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path: 需要執行的程序的絕對路徑(推薦絕對路經)
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變參 arg： 要執行的程序的需要的參數
- 第一個 arg： 佔位（內容隨便寫什麼，但不可爲空）
- 後邊的 arg： 命令的參數
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參數寫完之後： NULL （作用是哨兵，表示該命令的參數已經輸入完畢）
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一般是執行自己寫的程序（也可以執行系統自帶的命令）
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寫一個例子驗證一下：代碼下載
- 代碼如下：
#include <stdio.h> #include <unistd.h> int main(int argc, char *argv[]) { for (int i = 0; i < 3; i++) printf("-----i = %d\n", i); pid_t pid = fork(); //創建子進程 if (pid == 0) execl("/bin/ls", "佔位參數", "-al", NULL); //ls 程序使用子進程的地址空間 for (int i = 0; i < 3; i++) //這段打印只會（父進程）被執行一遍。 printf("+++++i = %d\n", i); return 0; }-
過程分析：
第一段打印"-----i =" 內容，是隻會被父進程執行一遍的，子進程不會執行該段代碼（分析見上）；結束時候打印 “+++++i =” 內容時候，是隻會執行一遍的，還是被父進程執行的，而子進程不執行 的原因是，當第 12 行的代碼execl(“ls”) 執行結束之後，其子進程的虛擬地址空間的以用戶區域的 .text 代碼段的二進制代碼被替換爲 /bin/ls 這個程序的代碼；其後面面也都是運行 ls 程序的代碼內容。
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運行結果：
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執行 PATH 目錄下的程序 execlp():
int execlp(const char *file, const char *arg, ... /*, (char *)0 */);
- file: 需要執行的程序的名字
- 變參 arg： 要執行的程序的需要的參數
- 第一個 arg： 佔位（內容隨便寫什麼，但不可爲空）
- 後邊的 arg： 命令的參數
- 參數寫完之後： NULL （作用是哨兵，表示該命令的參數已經輸入完畢）
- 一般是執行系統自帶的命令（也就是 /bin 下的程序）
- execlp 執行自定義程序的程序： file 參數絕對路徑
系列地址：
https://github.com/xmuli/linuxExample
歡迎 star 和 fork 這個系列的 linux 學習，附學習進階的路線圖。