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1、Unix 多进程编程精华 Unix 多进程编程 作者:htldm发表于：2003-08-27 15:10:25【发表评论】【查看原文】【SCO UNIX讨论区】【关闭】 一.多进程程序的特点 由于UNIX系统是分时多用户系统,CPU按时间片分配给各个用户使用,而在 实质上应该说CPU按时间片分配给各个进程使用,每个进程都有自己的运行环境 以使得在CPU做进程切换时不会忘记该进程已计算了一半的半成品.以DOS 的概念来说,进程的切换都是一次DOS中断处理过程,包括三个层次: (1)用户数据的保存:包括正文段(TEXT),数据段(DATA,BSS),栈段 (STACK),共享内存段(SHAREDM

2、EMORY)的保存. (2)寄存器数据的保存:包括PC(programcounter,指向下一条要执行的指 令的地址),PSW(processorstatusword,处理机状态字),SP(stack pointer,栈指针),PCBP(pointerofprocesscontrolblock,进程控 制块指针),FP(framepointer,指向栈中一个函数的local变量的首地 址),AP(augumentpointer,指向栈中函数调用的实参位置),ISP( interruptstackpointer,中断栈指针),以及其他的通用寄存器等. (3)系统层次的保存:包括proc,u,虚拟

3、存储空间管理表格,中断处理栈. 以便于该进程再一次得到CPU时间片时能正常运行下去. 既然系统已经处理好所有这些中断处理的过程,我们做程序还有什么要担 心的呢?我们尽可以使用系统提供的多进程的特点,让几个程序精诚合作,简 单而又高效地把结果给它搞出来. 另外,UNIX系统本身也是用C语言写的多进程程序,多进程编程是UNIX的特 点,当我们熟悉了多进程编程后,将会对UNIX系统机制有一个较深的认识. 首先我介绍一下多进程程序的一些突出的特点: 1.并行化 一件复杂的事件是可以分解成若干个简单事件来解决的,这在程序员 的大脑中早就形成了这种概念,首先将问题分解成一个个小问题,将小问 题再细分,最后

4、在一个合适的规模上做成一个函数.在软件工程中也是这 么说的.如果我们以图的方式来思考,一些小问题的计算是可以互不干扰 的,可以同时处理,而在关键点则需要统一在一个地方来处理,这样程序 的运行就是并行的,至少从人的时间观念上来说是这样的.而每个小问题 的计算又是较简单的. 2.简单有序 这样的程序对程序员来说不亚于管理一班人,程序员为每个进程设计 好相应的功能,并通过一定的通讯机制将它们有机地结合在一起,对每个 进程的设计是简单的,只在总控部分小心应付(其实也是蛮简单的),就可 完成整个程序的施工. 3.互不干扰 这个特点是操作系统的特点,各个进程是独立的,不会串位. 4.事务化 比如在一个数据

5、电话查询系统中,将程序设计成一个进程只处理一次 查询即可,即完成一个事务.当电话查询开始时,产生这样一个进程对付 这次查询;另一个电话进来时,主控程序又产生一个这样的进程对付,每 个进程完成查询任务后消失.这样的编程多简单,只要做一次查询的程序 就可以了. 二.常用的多进程编程的系统调用 1.fork() 功能:创建一个新的进程. 语法:#include #include pid_tfork(); 说明:本系统调用产生一个新的进程,叫子进程,是调用进程的一个复 制品.调用进程叫父进程,子进程继承了父进程的几乎所有的属 性: .实际UID,GID和有效UID,GID. .环境变量. .附加GID

6、. .调用exec()时的关闭标志. .UID设置模式比特位. .GID设置模式比特位. .进程组号. .会话ID. .控制终端. .当前工作目录. .根目录. .文件创建掩码UMASK. .文件长度限制ULIMIT. .预定值,如优先级和任何其他的进程预定参数,根据种类不同 决定是否可以继承. .还有一些其它属性. 但子进程也有与父进程不同的属性: .进程号,子进程号不同与任何一个活动的进程组号. .父进程号. .子进程继承父进程的文件描述符或流时,具有自己的一个拷贝 并且与父进程和其它子进程共享该资源. .子进程的用户时间和系统时间被初始化为0. .子进程的超时时钟设置为0. .子进程的信

7、号处理函数指针组置为空. .子进程不继承父进程的记录锁. 返回值:调用成功则对子进程返回0,对父进程返回子进程号,这也是 最方便的区分父子进程的方法.若调用失败则返回-1给父进程, 子进程不生成. 例子:pid_tpid; if(pid=fork();0) /*父进程处理过程*/ elseif(pid=0) /*子进程处理过程*/ exit(0);/*注意子进程必须用exit()退出运行*/ else printf(forkerrorn); exit(0); 2.system() 功能:产生一个新的进程,子进程执行指定的命令. 语法:#include #include intsystem(st

8、ring) char*string; 说明:本调用将参数string传递给一个命令解释器(一般为sh)执行,即 string被解释为一条命令,由sh执行该命令.若参数string为一 个空指针则为检查命令解释器是否存在. 该命令可以同命令行命令相同形式,但由于命令做为一个参数放 在系统调用中,应注意编译时对特殊意义字符的处理.命令的查 找是按PATH环境变量的定义的.命令所生成的后果一般不会对父 进程造成影响. 返回值:当参数为空指针时,只有当命令解释器有效时返回值为非零. 若参数不为空指针,返回值为该命令的返回状态(同waitpid() 的返回值.命令无效或语法错误则返回非零值,所执行的命令

9、被 终止.其他情况则返回-1. 例子:charcommand81; inti; for(i=1;i;0) wait(int*)0); /*父进程等待子进程的返回*/ else /*子进程处理过程*/ exit(0); 7.waitpid() 功能:等待指定进程号的子进程的返回并修改状态 语法:#include #include pid_twaitpid(pid,stat_loc,options) pid_tpid; int*stat_loc,options; 说明:当pid等于-1,options等于0时,该系统调用等同于wait().否则该 系统调用的行为由参数pid和options决定.

10、pid指定了一组父进程要求知道其状态的子进程: -1:要求知道任何一个子进程的返回状态. ;0:要求知道进程号为pid值的子进程的状态. ;0) waitpid(pid,&stat_loc,0); /*父进程等待进程号为pid的子进程的返回*/ else /*子进程的处理过程*/ exit(1); /*父进程*/ printf(stat_locis%dn,stat_loc); /*字符串stat_locis1将被打印出来*/ 8.setpgrp() 功能:设置进程组号和会话号. 语法:#include pid_tsetpgrp() 说明:若调用进程不是会话首进程.将进程组号和会话号都设

11、置为与它 的进程号相等.并释放调用进程的控制终端. 返回值:调用成功后,返回新的进程组号. 例子:/*父进程处理*/ if(fork();0) /*父进程处理*/ else setpgrp(); /*子进程的进程组号已修改成与它的进程号相同*/ exit(0); 9.exit() 功能:终止进程. 语法:#include voidexit(status) intstatus; 说明:调用进程被该系统调用终止.引起附加的处理在进程被终止前全 部结束. 返回值:无 10.signal() 功能:信号管理功能 语法:#include void(*signal(sig,disp)(int) intsi

12、g; void(*disp)(int); void(*sigset(sig,disp)(int) intsig; void(*disp)(int); intsighold(sig) intsig; intsigrelse(sig) intsig; intsigignore(sig) intsig; intsigpause(sig) intsig; 说明:这些系统调用提供了应用程序对指定信号的简单的信号处理. signal()和sigset()用于修改信号定位.参数sig指定信号(除了 SIGKILL和SIGSTOP,这两种信号由系统处理,用户程序不能捕捉到). disp指定新的信号定位,即新的

13、信号处理函数指针.可以为 SIG_IGN,SIG_DFL或信号句柄地址. 若使用signal(),disp是信号句柄地址,sig不能为SIGILL,SIGTRAP 或SIGPWR,收到该信号时,系统首先将重置sig的信号句柄为SIG_DFL, 然后执行信号句柄. 若使用sigset(),disp是信号句柄地址,该信号时,系统首先将该 信号加入调用进程的信号掩码中,然后执行信号句柄.当信号句柄 运行结束 后,系统将恢复调用进程的信号掩码为信号收到前的状态.另外, 使用sigset()时,disp为SIG_HOLD,则该信号将会加入调用进程的 信号掩码中而信号的定位不变. sighold()将信号

14、加入调用进程的信号掩码中. sigrelse()将信号从调用进程的信号掩码中删除. sigignore()将信号的定位设置为SIG_IGN. sigpause()将信号从调用进程的信号掩码中删除,同时挂起调用 进程直到收到信号. 若信号SIGCHLD的信号定位为SIG_IGN,则调用进程的子进程在终 止时不会变成僵死进程.调用进程也不用等待子进程返回并做相 应处理. 返回值:调用成功则signal()返回最近调用signal()设置的disp的值. 否则返回SIG_ERR. 例子一:设置用户自己的信号中断处理函数,以SIGINT信号为例: intflag=0; voidmyself() fla

15、g=1; printf(getsignalSIGINTn); /*若要重新设置SIGINT信号中断处理函数为本函数则执行以 *下步骤*/ void(*a)(); a=myself; signal(SIGINT,a); flag=2; main() while(1) sleep(2000);/*等待中断信号*/ if(flag=1) printf(skipsystemcallsleepn); exit(0); if(flag=2) printf(skipsystemcallsleepn); printf(waitingfornextsignaln); 11.kill() 功能:向一个或一组进程发

16、送一个信号. 语法:#include #include intkill(pid,sig); pid_tpid; intsig; 说明:本系统调用向一个或一组进程发送一个信号,该信号由参数sig指 定,为系统给出的信号表中的一个.若为0(空信号)则检查错误但 实际上并没有发送信号,用于检查pid的有效性. pid指定将要被发送信号的进程或进程组.pid若大于0,则信号将 被发送到进程号等于pid的进程;若pid等于0则信号将被发送到所 有的与发送信号进程同在一个进程组的进程(系统的特殊进程除 外);若pid小于-1,则信号将被发送到所有进程组号与pid绝对值 相同的进程;若pid等于-1,则信号

17、将被发送到所有的进程(特殊系 统进程除外). 信号要发送到指定的进程,首先调用进程必须有对该进程发送信 号的权限.若调用进程有合适的优先级则具备有权限.若调用进程 的实际或有效的UID等于接收信号的进程的实际UID或用setuid() 系统调用设置的UID,或sig等于SIGCONT同时收发双方进程的会话 号相同,则调用进程也有发送信号的权限. 若进程有发送信号到pid指定的任何一个进程的权限则调用成功, 否则调用失败,没有信号发出. 返回值:调用成功则返回0,否则返回-1. 例子:假设前一个例子进程号为324,现向它发一个SIGINT信号,让它做 信号处理: kill(pid_t)324,S

18、IGINT); 12.alarm() 功能:设置一个进程的超时时钟. 语法:#include unsignedintalarm(sec) unsignedintsec; 说明:指示调用进程的超时时钟在指定的时间后向调用进程发送一个 SIGALRM信号.设置超时时钟时时间值不会被放入堆栈中,后一次 设置会把前一次(还未到超时时间)冲掉. 若sec为0,则取消任何以前设置的超时时钟. fork()会将新进程的超时时钟初始化为0.而当一个进程用exec() 族系统调用新的执行文件时,调用前设置的超时时钟在调用后仍 有效. 返回值:返回上次设置超时时钟后到调用时还剩余的时间秒数. 例子:intflag

19、=0; voidmyself() flag=1; printf(getsignalSIGALRMn); /*若要重新设置SIGALRM信号中断处理函数为本函数则执行 *以下步骤*/ void(*a)(); a=myself; signal(SIGALRM,a); flag=2; main() alarm(100);/*100秒后发超时中断信号*/ while(1) sleep(2000);/*等待中断信号*/ if(flag=1) printf(skipsystemcallsleepn); exit(0); if(flag=2) printf(skipsystemcallsleepn); printf(waitingfornextsignaln); 13.msgsnd() 功能:发送消息到指定的消息队列中. 语法:#include #include #include intmsgsnd(msqid,msgp,msgsz,msgflg) intmsqid; void*msgp; size_tmsgsz; intmsgflg; 说明:发送一个消息到由msqid指定消息队列标识号的消息队列. 参数msgp指向一个用户定义的缓冲区,并且缓冲区的第一个域应 为长整型,指定消息类型,其他数据放在缓冲区的消息中其他正文 区内.下面是消息元