目錄
- 前言
- 1. 程序
- 1.1 概念
- 1.2 檢視程序
- 1.3 啟動新程序
- 1.3.1 system() 函數
- 1.3.2 fork() 函數
- 1.3.2 exce 系列函數
- 1.3.2.1 exce 系列函數說明
- 1.3 終止程序
- 1.4 等待程序
- 1.4.1 wait() 函數
- 1.4.2 waitpid() 函數
- 2. 管道
- 2.1 概念
- 2.2 匿名管道
- 2.2.1 匿名管道特征
- 2.2.2 pipe() 函數
- 2.3 命名管道
- 2.3.1 命名管道特征
- 2.3.2 建立命名管道指令
- 2.3.3 fifo() 函數
- 3. 信号
- 3.1 概念及特征
- 3.2 系統支援的信号
- 3.3 信号處理
- 3.4 發送信号函數
- 3.4.1 kill()
- 3.4.2 raise()
- 3.4.3 alarm()
- 3.5 捕獲信号函數
- 3.5.1 signal()
- 3.5.2 sigaction() *
- 3.6 信号集
- 3.7 例子
- 參考
- 李柱明部落格:https://www.cnblogs.com/lizhuming/
- 本文連結:https://www.cnblogs.com/lizhuming/p/14203037.html
- 程式
- 程式是存放在存儲媒體上的一個可執行檔案
- 程序
- 程序是程式執行的過程,是程式在執行過程中配置設定和管理資源的基本機關
- 程式是靜态的,程序是動态的。程序的狀态是變化的,其包括程序的建立、排程和消亡
- 線程
- 線程是CPU排程和分派的基本機關,它可與同屬一個程序的其他的線程共享程序所擁有的全部資源
- 一個線程隻能屬于一個程序,而一個程序可以有多個線程,但至少有一個線程
- 程序ID
- 程序ID 是一個16位的正整數,預設取值範圍是從 2 到 32768(可以修改)
- PID數字為1的值一般是為特殊程序 init 保留
- 父程序
- 任何程序(除init程序)都是由另一個程序啟動,該程序稱為被啟動程序的父程序(ID号稱為:PID),被啟動的程序稱為子程序(ID号稱為:PPID),
- 父程序号無法在使用者層修改
- 檢視程序指令
-
ps -aux
- 檢視系統程序
-
pstree
- 将程序以樹狀關系列出來
-
- 介紹三種方法啟動新程序
- system() 函數
- fork() 函數
- exec() 函數
- 可以了解為 啟動新程序
- system()啟動了一個運作着/bin/sh的子程序
- 說明 system() 函數依賴與 shell
-
int system (const char *string )
- 效果就相當于執行
sh –c string
- 效果就相當于執行
- system() 函數的特點
- 建立獨立程序,擁有獨立的代碼空間,記憶體空間
- 等待新的程序執行完畢,system才傳回。(阻塞)
- 例程
- system 運作完才會傳回,才會在目前終端列印出資料
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
pid_t result;
printf("This is a system demo!\n\n");
/*調用 system()函數*/
result = system("ls -l");
printf("Done!\n\n");
return result;
}
- 可以了解為 複制程序
- 頭檔案
-
#include<unistd.h>
-
#include<sys/types.h>
-
-
pid_t fork( void);
- 若成功調用一次則
- 子程序傳回 0
- 父程序傳回子程序 ID
- 出錯傳回 -1
- 若成功調用一次則
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
pid_t result;
printf("This is a fork demo!\n\n");
/*調用 fork()函數*/
result = fork();
/*通過 result 的值來判斷 fork()函數的傳回情況,首先進行出錯處理*/
if(result == -1) {
printf("Fork error\n");
}
/*傳回值為 0 代表子程序*/
else if (result == 0) {
printf("The returned value is %d, In child process!! My PID is %d\n\n", result, getpid());
}
/*傳回值大于 0 代表父程序*/
else {
printf("The returned value is %d, In father process!! My PID is %d\n\n", result, getpid());
}
return result;}
- 可以了解為 替換程序
- 調用 exec 并不建立新程序,是以前後的程序 ID 并未改變
- exec 隻是用另一個新程式替換了目前程序的正文、資料、堆和棧段
- 在原程序中已經打開的檔案描述符,在新程序中仍将保持打開,除非它們的“執行時關閉标志”(close on exec flag)被置位
- 任何在原程序中已打開的目錄流都将在新程序中被關閉
- 舉個例子,A程序調用 exce 系列函數啟動一個程序B,此時程序B會替換程序A,程序A的記憶體空間、資料段、代碼段等内容都将被程序B占用,程序A将不複存在
- exec 系列函數有 6 個不同的 exec 函數
-
int execl(const char *path, const char *arg, ...)
-
int execlp(const char *file, const char *arg, ...)
-
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[])
-
int execv(const char *path, char *const argv[])
-
int execvp(const char *file, char *const argv[])
-
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[])
-
- 函數說明
- 名稱包含 l 字母的函數(execl、 execlp 和execle)接收參數清單”list”作為調用程式的參數
- 名稱包含 p 字母的函數(execvp 和execlp)接受一個程式名作為參數,然後在目前的執行路徑中搜尋并執行這個程式
- 名字不包含 p 字母的函數在調用時必須指定程式的完整路徑,其實就是在系統環境變量”PATH”搜尋可執行檔案
- 名稱包含 v 字母的函數(execv、execvp 和 execve)的指令參數通過一個數組”vector”傳入
- 名稱包含 e 字母的函數(execve 和 execle)比其它函數多接收一個指明環境變量清單的參數,并且可以通過參數envp傳遞字元串數組作為新程式的環境變量,這個envp參數的格式應為一個以 NULL 指針作為結束标記的字元串數組,每個字元串應該表示為”environment =virables”的形式
- 可以分為 5 種程序終止
- 正常終止
- 從 main 函數傳回
- 調用 exit() 終止
- 調用 _exit() 函數終止
- 異常終止
- 調用 abort() 函數終止
- 由系統信号終止
- 正常終止
- 父程序中調用wait()或者waitpid()函數讓父程序等待子程序的結束
- wait()函數隻是 waitpid() 函數的一個特例,在 Linux内部實作 wait 函數時直接調用的就是 waitpid 函數
-
pid_t wait(int *wstatus);
- wait() 函數在被調用的時候,系統将暫停父程序的執行,直到有信号來到或子程序結束
- 如果在調用 wait() 函數時子程序已經結束,則會立即傳回子程序結束狀态值
- 子程序的結束狀态資訊會由參數wstatus傳回
- 該函數的傳回值為子程序的PID
- 注意
- wait()要與fork()配套出現,且 fork() 調用先
- 參數wstatus用來儲存被收集程序退出時的一些狀态
- 可以使用以下宏來判斷退出狀态
- WIFEXITED(status) :如果子程序正常結束,傳回一個非零值
- WEXITSTATUS(status): 如果WIFEXITED非零,傳回子程序退出碼
- WIFSIGNALED(status) :子程序因為捕獲信号而終止,傳回非零值
- WTERMSIG(status) :如果WIFSIGNALED非零,傳回信号代碼
- WIFSTOPPED(status): 如果子程序被暫停,傳回一個非零值
- WSTOPSIG(status): 如果WIFSTOPPED非零,傳回一個信号代碼
-
pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);
- pid:參數pid為要等待的子程序ID
- pid < -1:等待程序組号為pid絕對值的任何子程序
- pid = -1:等待任何子程序,此時的waitpid()函數就等同于wait()函數
- pid = 0:等待程序組号與目前程序相同的任何子程序,即等待任何與調用waitpid()函數的程序在同一個程序組的程序
- pid > 0:等待指定程序号為pid的子程序
- wstatus:與wait()函數一樣
- options:參數 options 提供了一些另外的選項來控制waitpid()函數的行為。如果不想使用這些選項,則可以把這個參數設為0
- pid:參數pid為要等待的子程序ID
- 管道
- 管道是 Linux 由 Unix 那裡繼承過來的程序間的通信機制,它是Unix早期的一個重要通信機制。
- 其思想是,在記憶體中建立一個共享檔案,進而使通信雙方利用這個共享檔案來傳遞資訊。由于這種方式具有單向傳遞資料的特點,是以這個作為傳遞消息的共享檔案就叫做“管道”
- 管道分類
- 匿名管道(無名管道)(PIPE)
- 命名管道(有名管道)(FIFO)
- 沒有名字,是以不能使用 open() 函數打開,但可以使用 close() 函數關閉
- 隻提供單向通信
- 隻能用于具有血緣關系的程序間通信,通常用于父子程序建通信
- 管道是基于位元組流來通信的
- 依賴于檔案系統,它的生命周期随程序的結束而結束
- 寫入操作不具有原子性,是以隻能用于一對一的簡單通信情形
- 管道也可以看成是一種特殊的檔案,對于它的讀寫也可以使用普通的read()和write()等函數。但是它又不是普通的檔案,并不屬于其他任何檔案系統,并且隻存在于核心的記憶體空間中,是以不能使用lseek()來定位
- pipe() 函數用于建立一個匿名管道,一個可用于程序間通信的單向資料通道。
-
-
#include <unistd.h>
-
- 函數原型
-
int pipe(int pipefd[2]);
- pipefd[0] 指向管道的 讀取 端
- pipefd[1] 指向管道的 寫 端
- 傳回 0:匿名管道建立成功
- 傳回 -1:建立失敗
-
- 使用步驟
- 父程序調用 pipe() 函數建立匿名管道
- 父程序調用 fork() 函數啟動(建立)一個子程序
- 若想從父程序将資料傳遞給子程序
- 父程序:關閉讀取端
- 子程序:關閉寫端
- 若想從子程序将資料傳遞給父程序
- 父程序:關閉寫端
- 子程序:關閉讀取端
- 當不需要使用管道時,關閉所有端口即可
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MAX_DATA_LEN 256
#define DELAY_TIME 1
int main()
{
pid_t pid;
int pipe_fd[2]; //(1)
char buf[MAX_DATA_LEN];
const char data[] = "Pipe Test Program";
int real_read, real_write;
memset((void*)buf, 0, sizeof(buf));
/* 建立管道 */
if (pipe(pipe_fd) < 0) //(2)
{
printf("pipe create error\n");
exit(1);
}
/* 建立一子程序 */
if ((pid = fork()) == 0)
{
/* 子程序關閉寫描述符,并通過使子程序暫停 3s 等待父程序已關閉相應的讀描述符 */
close(pipe_fd[1]);
sleep(DELAY_TIME * 3);
/* 子程序讀取管道内容 */
if ((real_read = read(pipe_fd[0], buf, MAX_DATA_LEN)) > 0)
{
printf("%d bytes read from the pipe is '%s'\n", real_read, buf);
}
/* 關閉子程序讀描述符 */
close(pipe_fd[0]);
exit(0);
}
else if (pid > 0)
{
/* 父程序關閉讀描述符,并通過使父程序暫停 1s 等待子程序已關閉相應的寫描述符 */
close(pipe_fd[0]);
sleep(DELAY_TIME);
if((real_write = write(pipe_fd[1], data, strlen(data))) != -1)
{
printf("Parent write %d bytes : '%s'\n", real_write, data);
}
/*關閉父程序寫描述符*/
close(pipe_fd[1]);
/*收集子程序退出資訊*/
waitpid(pid, NULL, 0);
exit(0);
}
}
- 有名字,存儲于普通檔案系統之中
- 任何具有相應權限的程序都可以使用 open() 來擷取命名管道的檔案描述符
- 跟普通檔案一樣:使用統一的 read()/write() 來讀寫
- 跟普通檔案不同:不能使用 lseek() 來定位,原因是資料存儲于記憶體中
- 具有寫入原子性,支援多寫者同時進行寫操作而資料不會互相踐踏
- 遵循先進先出(First In First Out)原則,最先被寫入 FIFO 的資料,最先被讀出來
-
mkfifo
- 如
mkfifo test
- test 檔案為命名管道檔案
- 如
- fifo() 函數
-
-
#include <unistd.h>
-
-
-
int mkfifo(const char * pathname,mode_t mode);
- pathname:命名管道檔案
- mode:
- O_RDONLY:讀管道
- O_WRONLY:寫管道
- O_RDWR:讀寫管道
- O_NONBLOCK:非阻塞
- O_CREAT:如果該檔案不存在,那麼就建立一個新的檔案,并用第三個參數為其設定權限
- O_EXCL:如果使用 O_CREAT 時檔案存在,那麼可傳回錯誤消息
- 傳回值:
- 0:成功
- EACCESS:參數 filename 所指定的目錄路徑無可執行的權限
- EEXIST:參數 filename 所指定的檔案已存在
- ENAMETOOLONG:參數 filename 的路徑名稱太長
- ENOENT:參數 filename 包含的目錄不存在
- ENOSPC:檔案系統的剩餘空間不足
- ENOTDIR:參數 filename 路徑中的目錄存在但卻非真正的目錄
- EROFS:參數 filename 指定的檔案存在于隻讀檔案系統内
-
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <limits.h>
#include <string.h>
#define MYFIFO "myfifo" /* 命名管道檔案名*/
#define MAX_BUFFER_SIZE PIPE_BUF /* 4096 定義在于 limits.h 中*/
void fifo_read(void)
{
char buff[MAX_BUFFER_SIZE];
int fd;
int nread;
printf("***************** read fifo ************************\n");
/* 判斷命名管道是否已存在,若尚未建立,則以相應的權限建立*/
if (access(MYFIFO, F_OK) == -1)
{
if ((mkfifo(MYFIFO, 0666) < 0) && (errno != EEXIST))
{
printf("Cannot create fifo file\n");
exit(1);
}
}
/* 以隻讀阻塞方式打開命名管道 */
fd = open(MYFIFO, O_RDONLY);
if (fd == -1)
{
printf("Open fifo file error\n");
exit(1);
}
memset(buff, 0, sizeof(buff));
if ((nread = read(fd, buff, MAX_BUFFER_SIZE)) > 0)
{
printf("Read '%s' from FIFO\n", buff);
}
printf("***************** close fifo ************************\n");
close(fd);
exit(0);
}
void fifo_write(void)
{
int fd;
char buff[] = "this is a fifo test demo";
int nwrite;
sleep(2); //等待子程序先運作
/* 以隻寫阻塞方式打開 FIFO 管道 */
fd = open(MYFIFO, O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
if (fd == -1)
{
printf("Open fifo file error\n");
exit(1);
}
printf("Write '%s' to FIFO\n", buff);
/*向管道中寫入字元串*/
nwrite = write(fd, buff, MAX_BUFFER_SIZE);
if(wait(NULL)) //等待子程序退出
{
close(fd);
exit(0);
}
}
int main()
{
pid_t result;
/*調用 fork()函數*/
result = fork();
/*通過 result 的值來判斷 fork() 函數的傳回情況,首先進行出錯處理*/
if(result == -1)
{
printf("Fork error\n");
}
else if (result == 0) /*傳回值為 0 代表子程序*/
{
fifo_read();
}
else /*傳回值大于 0 代表父程序*/
{
fifo_write();
}
return result;
}
- 信号(signal)
- 又稱為軟中斷信号,用于通知程序發生了異步事件
- 它是Linux系統響應某些條件而産生的一個事件
- 它是在軟體層次上對中斷機制的一種模拟
- 是一種異步通信方式
- 在原理上,一個程序收到一個信号與處理器收到一個中斷請求可以說是一樣的
- 信号是程序間通信機制中唯一的異步通信機制
- 信号産生
- 信号可能是由于系統中某些錯誤而産生
- 也可以是某個程序主動生成的一個信号
- 查詢系統支援的信号種類指令:
kill -l
- linux支援62種信号(沒有 32 号和 33 号信号)
- 非實時信号(不可靠):1-32
- 沒有排隊功能,信号可能被丢棄
- 不會立即執行
- 先放入該程序控制塊(PCB),待合适的時候處理
- 實時信号(可靠信号):34-64
- 有排隊功能
- 非實時信号(不可靠):1-32
- 信号類似可分為三大類型:程式錯誤、外部事件以及顯式請求
- 當信号發生時,信号可以采取如下三種操作:
- 忽略信号(SIGTOP 和 SIGKILL 是絕不能被忽略的)
- 捕獲信号
- 讓預設信号起作用
- 終止程序并且生成記憶體轉儲檔案
- 終止終止程序但不生成core檔案
- 忽略信号
- 暫停程序
- 若程序是暫時暫停,恢複程序,否則将忽略信号
- kill()
- raise()
- alarm()
- 指令:
kill [信号或選項] PID(s)
- 函數
- 頭檔案:
#include <sys/types.h> #include <signal.h>
- 函數原型:
int kill(pid_t pid, int sig);
- pid 取值如下
- pid > 1:将信号sig發送到程序ID值為pid指定的程序
- pid = 0:信号被發送到所有和目前程序在同一個程序組的程序
- pid = -1:将sig發送到系統中所有的程序,但程序1(init)除外
- pid < -1:将信号sig發送給程序組号為-pid (pid絕對值)的每一個程序
- sig 為 信号值
- 傳回值
- 0:發送成功
- -1:發送失敗
- pid 取值如下
- 頭檔案:
- raise() 函數為程序向自身發送信号
-
-
#include <signal.h>
-
int raise(int sig);
-
- alarm() 稱為鬧鐘函數,設定時間為 seconds 秒,時間到後,它就向程序發送SIGALARM信号。在時間未到時便重新調用 alarm() 函數,會更新到時值。
-
-
#include <unistd.h>
-
unsigned int alarm(unsigned int seconds);
-
- signal()、sigaction()等函數
- signal()主要是用于捕獲信号,可以改變程序中對信号的預設行為
-
-
#include <signal.h>
-
typedef void (*sighandler_t)(int); sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
- signum 是指定捕獲的信号,如果指定的是一個無效的信号,或者嘗試處理的信号是不可捕獲或不可忽略的信号(如SIGKILL),errno将被設定為EINVAL
- handler 是一個函數指針,它的類型是
類型void(*sighandler_t)(int)
- handler 也可以是一個宏定義
- SIG_IGN:忽略該信号
- SIG_DFL:采用系統預設方式處理信号
-
- 不推薦讀者使用signal(),而推薦使用
sigaction();
-
-
#include <signal.h>
-
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);
- signum:指定捕獲的信号值
- act:是一個結構體
- sa_handler 是一個函數指針,是捕獲信号後的處理函數
- sa_sigaction 是擴充信号處理函數,它也是一個函數指針,不僅可以接收到int 型的信号值,還會接收到一個 siginfo_t 類 型的結構體指針,還有一個void類型的指針,還有需要注意的就是,不要同時使用 sa_handler 和 sa_sigaction,因為這兩個處理函數是有聯合的部分(聯合體)
- sa_mask 是信号掩碼,它指定了在執行信号處理函數期間阻塞的信号的掩碼,被設定在該掩碼中的信号,在程序響應信号期間被臨時阻塞。除非使用 SA_NODEFER 标志,否則即使是目前正在處理的響應的信号再次到來的時候也會被阻塞
- re_restorer 則是一個已經廢棄的成員變量,不要使用
- oldact 傳回原有的信号處理參數,一般設定為NULL即可
- sa_flags 是指定一系列用于修改信号處理過程行為的标志
- SA_NOCLDSTOP 使父程序在它的子程序暫停或繼續運作時不會收到 SIGCHLD 信号。即當它們接收到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或SIGTTOU(停止)中的一種時或接收到SIGCONT(恢複)時,父程序不會收到通知
- SA_NOCLDWAIT 從Linux 2.6開始就存在這個标志了,它表示父程序在它的子程序終止時不會收到 SIGCHLD 信号,這時子程序終止則不會成為僵屍程序。
- SA_NODEFER 一般情況下, 當信号處理函數運作時,核心将阻塞該給定信号。但是如果設定了 SA_NODEFER标記, 那麼在該信号處理函數運作時,核心将不會阻塞該信号
- SA_RESETHAND 信号處理之後重新設定為預設的處理方式。
- SA_SIGINFO 從Linux 2.2開始就存在這個标志了,使用 sa_sigaction成員而不是使用sa_handler 成員作為信号處理函數。
struct sigaction { void (*sa_handler)(int); void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); sigset_t sa_mask; int sa_flags; void (*sa_restorer)(void); };
- siginfo_t
siginfo_t { int si_signo; /* 信号數值 */ int si_errno; /* 錯誤值 */ int si_code; /* 信号代碼 */ int si_trapno; /*導緻硬體生成信号的陷阱号,在大多數體系結構中未使用*/ pid_t si_pid; /* 發送信号的程序ID */ uid_t si_uid; /*發送信号的真實使用者ID */ int si_status; /* 退出值或信号狀态*/ clock_t si_utime; /*消耗的使用者時間*/ clock_t si_stime; /*消耗的系統時間*/ sigval_t si_value; /*信号值*/ int si_int; /* POSIX.1b 信号*/ void *si_ptr; int si_overrun; /*計時器溢出計數*/ int si_timerid; /* 計時器ID */ void *si_addr; /*導緻故障的記憶體位置 */ long si_band; int si_fd; /* 檔案描述符*/ short si_addr_lsb; /*位址的最低有效位 (從Linux 2.6.32開始存在) */ void *si_lower; /*位址沖突時的下限*/ void *si_upper; /*位址沖突時的上限 (從Linux 3.19開始存在) */ int si_pkey; /*導緻的PTE上的保護密鑰*/ void *si_call_addr; /*系統調用指令的位址*/ int si_syscall; /*嘗試的系統調用次數*/ unsigned int si_arch; /* 嘗試的系統調用的體系結構*/ }
-
- 資料類型 sigset_t 是信号集,信号掩碼就是這種類型
-
#include <signal.h>
-
-
int sigemptyset(sigset_t *set);
- 将信号集初始化為空,使程序不會屏蔽任何信号
-
int sigfillset(sigset_t *set);
- 将信号集初始化為包含所有已定義的信号
-
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
- 添加一個信号到信号集中
-
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);
- 從信号集中删除一個信号
-
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
- 判斷一個信号是否在信号集中
-
- 注意:
- 一個應用程式,在使用信号集前,必須對其進行初始化,即是調用 sigemptyset() 或 sigfillset()
- 例程來自野火
- 實驗現象
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
/** 信号處理函數 **/void signal_handler(int sig) //(1){
printf("\nthis signal numble is %d \n",sig);
if (sig == SIGINT) {
printf("I have get SIGINT!\n\n");
printf("The signal is automatically restored to the default handler!\n\n");
/** 信号自動恢複為預設處理函數 **/
}
}
int main(void){
struct sigaction act;
printf("this is sigaction function test demo!\n\n");
/** 設定信号處理的回調函數 */
act.sa_handler = signal_handler;
/* 清空屏蔽信号集 */
sigemptyset(&act.sa_mask);
/** 在處理完信号後恢複預設信号處理 */
act.sa_flags = SA_RESETHAND;
sigaction(SIGINT, &act, NULL);
while (1)
{
printf("waiting for the SIGINT signal , please enter \"ctrl + c\"...\n\n");
sleep(1);
}
exit(0);
}
* 野火