Linux系统编程与网络编程——进程控制，fork创建进程以及获取PID（七）

进程控制

在Linux系统中，用户创建一个进程的唯一方法就是使用系统调用fork()。内核为完成系统调用fork()要进行几步操作。

第一步：为新进程在进程表中分配一个表项task_struct。系统对一个用户可以同时运行的进程数是有限制的，对超级用户没有该限制，但也不能超过进程表的最大表项的数目。

第二步：给子进程一个唯一的进程标识号(PID)。该进程标识号其实就是该表项在进程表中的索引号。

第三步：复制一个父进程的进程表项的副本给子进程。内核初始化子进程的进程表项时，是从父进程处拷贝的。所以子进程拥有父进程一样的uid、euid、gid，用于计算优先权的nice值、当前目录、当前根、用户文件描述符表等。

第四步：把与父进程相连的文件表和索引节点表的引用数加1，这些文件自动地与该子进程相连。

进程调度

CPU资源是有限的，那么在调度进程时，每个进程只允许运行很短的时间，当这个时间用完之后，系统将选择另一个进程来运行，原来的进程必须等待一段时间以继续运行，这段时间称为时间片。

Linux使用基于优先级的简单调度算法来选择下一个运行进程。当选定新进程后，系统必须将当前进程的状态，处理器中的寄存器以及上下文状态保存到task_struct结构中。同时它将重新设置新进程的状态并将系统控制权交给此进程。为了将CPU时间合理的分配给系统中每个可执行进程，调度管理器必须将这些时间信息也保存在task_struct
中。

fork函数创建进程

一个现有进程可以调用fork函数创建一个新进程。包括代码、数据和分配给进程的资源全部都复制一份，除了进程标识pid不同，其他基本都跟父进程一样，由fork创建的新进程被称为子进程（child process）。fork函数被调用一次但返回两次。

fork函数原型：
在这里插入图片描述
1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID； 2）在子进程中，fork返回0； 3）创建子进程失败，fork返回-1；

源代码: fork_test.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char** argv)
{
	pid_t pid;
	printf("Current process PID = [%d]\n", getpid());
	pid = fork();
	if(pid == 0)
	{
		printf("child process PID = [%d], parent PID = [%d]\n", getpid(), getppid());
	}
	else if(pid != -1)
	{
		printf("parent process, PID = [%d]\n", getpid());
	}
	else
	{
		perror("fork");
	}
	return 0;
}

程序非常简单，调用了fork()函数并把返回值赋值给pid变量。分别在pid等于0、pid不等于-1的时候输出当前进程的PID。

编译运行这个程序，结果如下：
在这里插入图片描述
可见，当pid等于0的时候，表明是当前进程派生出来的子进程。如果返回的pid不等于-1，表明派生操作成功并且返回值就是新的子进程PID。如果返回值等于-1，那么操作失败。

在代码pid=fork()之前，只有一个进程在执行这段代码，但在这条语句之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的代码部分完全相同。

源码：fork_test2.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char** argv)
{
	pid_t pid;
	int i;
	printf("Current process PID = [%d]\n", getpid());
	pid = fork();
	if(pid == 0)
	{
		for(i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("child process, PID=[%d], my parent PID=[%d]\n", getpid(), getppid());
			sleep(1);
		}
	}
	else if(pid != -1)
	{
		for(i = 0; i < 10; i++)
		{
			printf("parent process, PID=[%d], child PID=[%d]\n", getppid(), pid);
			sleep(1);
		}
	}
	else
	{
		printf("fork error\n");
	}
	return 0;
}

我们的父进程和子进程函数中都加入了一个for循环，循环输出10次，并在每次输出之后睡眠1秒。下面是程序的执行结果：
在这里插入图片描述
从输出的结果，可以看到，子进程的输出和父进程的输出是交替输出的，而不是由某个一个进程执行完10次循环之后，才能执行另外一个进程，当进程进入睡眠模式的时候，内核会调度新的进程进入运行模式，这样使得两个进程看上去像是同步执行。

调用fork的时候直接从父进程 复制一份PCB到子进程，除了PID不同以外，其他的都一样，包括文件描述符表中的文件指针也指向同一个地址。就相当于是调用了==dup==复制了文件描述符。于是父子进程其实是共享同一个文件读写偏移量。

测试例子如下：

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int fd,nr;
	char buf[20];
	pid_t pid;
	fd = open("log",O_RDONLY);
	pid = fork();
	if(pid == 0)
	{
		nr = read(fd,buf,10);
		buf[nr]='\0';
		printf("pid %d buf %s\n",getpid(),buf);
		exit(0);
	}
	
	nr = read(fd,buf,10);
	buf[nr]='\0';
	printf("pid %d buf %s\n",getpid(),buf);
	return 0;
}

在log文件中写入helloworld1234567890，运行程序后输出：
在这里插入图片描述
足够说明fork的时候，复制出来的文件描述符是共享文件偏移量的。

获得进程有关的ID

用户标识号UID(user ID):用于标识正在运行进程的用户。
用户组标识号GID(group ID): 用于标识正在运行进程的用户所属的组ID。
进程标识号PID(process ID):用于标识进程。

在这里插入图片描述

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char** argv)
{
	printf("Current process's UID = [%d]\n", getuid());
	printf("Current process's GID = [%d]\n", getgid());
	printf("Current process's PID = [%d]\n", getpid());
	printf("Current process's PPID = [%d]\n", getppid());
	return 0;
}

注意:
1、实际用户ID和实际用户组ID：标识我是谁。也就是登录用户的uid和gid，比如我的Linux以where登录，在Linux运行的所有的命令的实际用户ID都是where的uid，实际用户组ID都是where的gid（可以用id命令查看）。

2、有效用户ID和有效用户组ID：进程用来决定我们对资源的访问权限。一般情况下，有效用户ID等于实际用户ID，有效用户组ID等于实际用户组ID。当设置SUID位设置，则有效用户ID等于文件的所有者的uid，而不是实际用户ID；同样，如果设置了SGID位，则有效用户组ID等于文件所有者的gid，而不是实际用户组ID。

Linux系统编程与网络编程——进程控制，fork创建进程以及获取PID（七）

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