Linux进程管理(C语言)

理解进程控制的原理对于理解和修改fio project非常的重要。"fio is an I/O tool meant to be used both for benchmark and stress/hardware verification."

进程
unix提供了大量的从c程序中操作系统的系统调用(别的语言应该也是有的吧)。

创建进程
每一个进程都有一个正数的id,叫做pid。getpid函数返回调用进程的pid,getppid函数返回它的父进程的pid。

fork

exit

父进程和子进程是并发运行的独立进程。内核能够以任意方式交替执行他们的逻辑控制流中的指令。

如果能够在fork函数在父进程和子进程中返回后立即暂停这两个进程,我们会看到每个进程的地址空间都是相同的。(每个进程有相同的用户栈,相同的本地变量值,相同的堆,相同的全局变量值以及相同的代码。然而他们都有自己独立的地址空间)

关于这个,fio这个程序利用到它的地方就是

while (todo) {

struct thread_data *map[REAL_MAX_JOBS];

struct timeval this_start;

int this_jobs = 0, left;

for_each_td(td, i) {

if (td->runstate != TD_NOT_CREATED)

continue;


 

if (td->o.start_delay) {

spent = utime_since_genesis();

if (td->o.start_delay > spent)

continue;

}

if (td->o.stonewall && (nr_started || nr_running)) {

dprint(FD_PROCESS, "%s: stonewall wait\n",

td->o.name);

break;

}

init_disk_util(td);

td->rusage_sem = fio_mutex_init(FIO_MUTEX_LOCKED);

td->update_rusage = 0;

/*

* Set state to created. Thread will transition

* to TD_INITIALIZED when it's done setting up.

*/

td_set_runstate(td, TD_CREATED);

map[this_jobs++] = td;

nr_started++;

...

if (td->o.use_thread) {

int ret;

dprint(FD_PROCESS, "will pthread_create\n");

ret = pthread_create(&td->thread, NULL,

thread_main, td);

if (ret) {

log_err("pthread_create: %s\n",

strerror(ret));

nr_started--;

break;

}

ret = pthread_detach(td->thread);

if (ret)

log_err("pthread_detach: %s",

strerror(ret));

} else {

pid_t pid;

dprint(FD_PROCESS, "will fork\n");

pid = fork();

if (!pid) {

int ret = fork_main(shm_id, i);

_exit(ret);

} else if (i == fio_debug_jobno)

*fio_debug_jobp = pid;

}
 
 
 

这就相当于这么编程:

#include <stdio.h>

int main()

{

int i=1;

int pid;

while((i--)>=0){

pid=fork();

if(pid==0){

i--;

printf("in the child process.\n");

}

else

printf("in the parent process.\n");

}

}
 

编译并执行上面那段程序的结果:

root@localhost ~]# ./a.out

in the parent process.

in the child process.

in the parent process.

in the child process.
 

一共创建了两个进程,只不过在Fio中的子进程的执行是由另外一个函数fork_main和thread_main来决定的。

note:thread main这个函数做了许多事情,会再分析。

回收子进程
当一个进程由于某种原因终止时,内核并不是立即把它从系统中清除。相反,进程被保持在一种已终止的状态中,直到被它的父进程reap。当父进程回收已经终止的子进程时,内核将子进程的退出状态(这是什么样的退出状态呢,留个心)传递给父进程,然后抛弃已终止的进程,从此时开始,该进程就不存在了。

一个终止了但未被回收的进程称为僵尸zombie。

如果父进程没有回收他的zombie就终止了,那么内核就会安排init进程来回收他们。长时间运行的程序,比如shell或者服务器,总是应该回收他们的zombie(总是在消耗系统的存储器资源)。

一个进程可以通过调用waitpid函数来等待它的子进程终止或者停止。

函数原型:

 #include<sys/types.h>
  #include<sys/wait.h>
  定义函数 pid_t waitpid(pid_t pid,int * status,int options);

waitpid - 函数说明

  waitpid()会暂时停止目前进程的执行,直到有信号来到或子进程

  结束。如果在调用 waitpid()时子进程已经结束,则 waitpid()会立即

  返回子进程结束状态值。 子进程的结束状态值会由参数 status 返回,

  而子进程的进程识别码也会一起返回。如果不在意结束状态值,则

  参数 status 可以设成 NULL。参数 pid 为欲等待的子进程识别码,

  其他数值意义如下:

  pid<-1 等待进程组识别码为 pid 绝对值的任何子进程。

  pid=-1 等待任何子进程,相当于 wait()。

  pid=0 等待进程组识别码与目前进程相同的任何子进程。

  pid>0 等待任何子进程识别码为 pid 的子进程。

  参数options提供了一些额外的选项来控制waitpid,参数 option 可以为 0 或可以用"|"运算符把它们连接起来使用,比如:

  ret=waitpid(-1,NULL,WNOHANG | WUNTRACED);

  如果我们不想使用它们,也可以把options设为0,如:

  ret=waitpid(-1,NULL,0);

  WNOHANG 若pid指定的子进程没有结束,则waitpid()函数返回0,不予以等待。若结束,则返回该子进程的ID。

  WUNTRACED 若子进程进入暂停状态,则马上返回,但子进程的结束状态不予以理会。WIFSTOPPED(status)宏确定返回值是否对应与一个暂停子进程。

  子进程的结束状态返回后存于 status,底下有几个宏可判别结束情况:

  WIFEXITED(status)如果若为正常结束子进程返回的状态,则为真;对于这种情况可执行WEXITSTATUS(status),取子进程传给exit或_eixt的低8位。

  WEXITSTATUS(status)取得子进程 exit()返回的结束代码,一般会先用 WIFEXITED 来判断是否正常结束才能使用此宏。

  WIFSIGNALED(status)若为异常结束子进程返回的状态,则为真;对于这种情况可执行WTERMSIG(status),取使子进程结束的信号编号。

  WTERMSIG(status) 取得子进程因信号而中止的信号代码,一般会先用 WIFSIGNALED 来判断后才使用此宏。

  WIFSTOPPED(status) 若为当前暂停子进程返回的状态,则为真;对于这种情况可执行WSTOPSIG(status),取使子进程暂停的信号编号。

  WSTOPSIG(status) 取得引发子进程暂停的信号代码,一般会先用 WIFSTOPPED 来判断后才使用此宏。

  如果执行成功则返回子进程识别码(PID) ,如果有错误发生则返回

  返回值-1。失败原因存于 errno 中。

fio使用waitpid的例子

* Run over the job map and reap the threads that have exited, if any.

*/

static void reap_threads(unsigned int *nr_running, unsigned int *t_rate,

unsigned int *m_rate)

{

...

realthreads = pending = cputhreads = 0;

for_each_td(td, i) {

int flags = 0;

/*

* ->io_ops is NULL for a thread that has closed its

* io engine

*/

if (td->io_ops && !strcmp(td->io_ops->name, "cpuio"))

cputhreads++;

else

realthreads++;

...

flags = WNOHANG;

if (td->runstate == TD_EXITED)

flags = 0;

/*

* check if someone quit or got killed in an unusual way

*/

ret = waitpid(td->pid, &status, flags);

if (ret < 0) {

if (errno == ECHILD) {

log_err("fio: pid=%d disappeared %d\n",

(int) td->pid, td->runstate);

td->sig = ECHILD;

td_set_runstate(td, TD_REAPED);

goto reaped;

}

perror("waitpid");

} else if (ret == td->pid) {

if (WIFSIGNALED(status)) {

int sig = WTERMSIG(status);

if (sig != SIGTERM && sig != SIGUSR2)

log_err("fio: pid=%d, got signal=%d\n",

(int) td->pid, sig);

td->sig = sig;

td_set_runstate(td, TD_REAPED);

goto reaped;

}

if (WIFEXITED(status)) {

if (WEXITSTATUS(status) && !td->error)

td->error = WEXITSTATUS(status);

td_set_runstate(td, TD_REAPED);

goto reaped;

}

}

...

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