Linux程序程式設計

程序是作業系統中最基本、最重要的概念，可以說程序是作業系統結構的基礎。作業系統上任何程式的執行都離不開程序。

1.程序的概念

傳統的程式本是一組指令的集合，是乙個靜態實體，無法描述程式在記憶體中的執**況，也就不能如實反映程式併發執行過程的特徵，為了深刻描述程式動態執行過程的性質，人們就引入了「程序」的概念。程序在系統中表現為一種資料結構，實現對正在執行的程式過程的抽象，其中程序由三個部分組成：

程序的主要特徵：

由於程序執行時的時間間斷性，執行中的程序可能有三種基本狀態：

linux排程器將程序分為三種不同型別，每種程序都有自己的特點和屬性：

2.程序的操作

在linux系統中定義了一系列的程序操作函式，包括程序的建立、排程、終止等。

1. 程序的建立

乙個程序建立了子程序，其中建立子程序的程序我們稱為父程序，除了建立與被建立之外，父程序與子程序之間的關係也是管理與被管理的關係。

linux系統啟動時處於核心模式，此時只有乙個程序：初始化程序（init程序），其程序號為1，linux系統中的所有程序都是由init程序直接或間接建立的。

程式可以通過getpid()獲得自身所執行的程序id，也可以通過getppid()獲取父程序的id。建立程序時，通過函式fork()。

2.程序的排程sched.h

linux系統核心中有乙個程序控制表，程序控制表每一項都是乙個task_struct結構，即代表了乙個程序。linux內雖然程序都是動態分配的，但還是需要考慮最大程序數。在系統中，預設的最大程序數是512，即表示系統中可同時容納的程序個數為512個。

linux管理程序的最好方法是使用命令來管理，主要涉及的命令有ps at top kill pstree nice renice等。

3. 程序的終止

子程序一旦被建立，就與其父程序一起被系統進行排程，子程序執行完畢後，並不立即釋放所占有的所有程序控制表項，而是作為殭屍程序存在於系統中，直到父程序正常退出或呼叫wait()函式，子程序才徹底終止。

pid-t wait(int *status); pdi_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); options: wnohang--要求如果沒有子程序退出就立即返回 wuntraced--對已經停止但為報告狀態的子程序

該呼叫也從等待中返回和報告狀態，如果status不為空，呼叫將使status指向該資訊。

呼叫了wait()函式的父程序會馬上阻塞自己，由wait()函式自動分析是否當前程序的某乙個子程序已經退出，如果找到了這樣乙個殭屍程序，wait()函式就會收集這個子程序的資訊，將它徹底終止並返回子程序的結束狀態，如果沒有找到這樣乙個子程序，wait()函式就會一直阻塞在這裡，直到找到乙個變成殭屍程序的子程序出現為止，但如果父程序還未呼叫wait()函式就終止了，此時子程序就將被init程序接管，它將控制子程序退出後必須的清除工作。

3.程序間的通訊systemv posix

在同一臺計算機中的程序相互通訊的方式主要有：管道(pipe)、訊號(signal)、訊號量(semaphore)、訊息佇列(message)、共享記憶體(shared memory)，其中訊號量、訊息佇列、共享記憶體被稱為ipc機制。不同機器之間的程序通訊可以使用套接字技術。

1.管道

管道是ipc機制中的最老形式，是程序直接進行資料交換的通道，並且所有unix系統都提供了這種通訊機制，管道分為普通管道和命名管道。它們都是通過核心緩衝區按照先進先出的方式進行資料傳輸，其普通管道的特點為：

管道的建立和讀寫

無名管道

#include 建立管道：int pipe(int pipefd[2]);
pipe[0]-->讀資料
pipe[1]-->寫資料

命名管道

建立管道：int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

一般檔案的i/o操作函式都可以用於管道。

close（fd）;
int read(fd, buffer, len);
int write(fd, buffer, len);

2.訊號signal()

訊號是的一種重要的程序方式，類似於中斷機制，由某些錯誤條件而產生的事件，如果不指定，系統會呼叫預設操作來處理訊號，大部分訊號的預設操作將會終止程序。程序可以指定處理函式，由該函式處理，也可以忽略某個訊號，對該訊號不做任何處理，就像未發生過一樣。

signal函式的原型
void (*signal(int signum, void (* handler) (int))) (int)

對於訊號的操作，一般步驟為：安裝訊號，實現訊號處理函式，傳送訊號，訊號的生命週期從傳送訊號開始，到相應的處理函式執行完畢後結束。

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