c语言多进程多线程编程

下载后可任意编辑 C语言多进程编程 一. 多进程程序的特点 进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次可以并发执行的运行活动，是处于活动状态的计算机程序。进程作为构成系统的基本细胞，不仅是系统内部独立运行的实体，而且是独立竞争资源的基本实体。 进程是资源管理的最小单位，线程是程序执行的最小单位。进程管理着资源（比如cpu、内存、文件等等），而将线程分配到某个cpu上执行。在操作系统设计上，从进程演化出线程，最主要的目的就是更好的支持多处理器系统和减小上下文切换开销。 进程的状态 系统为了充分的利用资源,对进程区分了不同的状态.将进程分为新建,运行,堵塞,就绪和完成五个状态. 新建 表示进程正在被创建, 运行 是进程正在运行, 堵塞 是进程正在等待某一个事件发生, 就绪 是表示系统正在等待CPU来执行命令, 完成 表示进程已经结束了系统正在回收资源. 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(SHARED MEMORY)的保存. 2) 寄存器数据的保存: 包括PC(program counter,指向下一条要执行的指 令的地址), PSW(processor status word,处理机状态字), SP(stack pointer,栈指针), PCBP(pointer of process control block,进程控制块指针), FP(frame pointer,指向栈中一个函数的local变量的首地址), AP(augument pointer,指向栈中函数调用的实参位置), ISP(interrupt stack pointer,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。 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?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: 1.1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. 假如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. 1.2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. 1.3.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. 1.4.事务化 比如在一个数据电话查询系统中, 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, 产生这样一个进程应付这次查询; 另一个电话进来时, 主控程序又产生一个这样的进程应付, 每个进程完成查询任务后消逝. 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 2.1.fork() 创建一个新的进程. 功能:创建一个新的进程. 语法: #include #include pid_t fork(); 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。 进程：代码段（程序代码） 堆栈段（局部变量、函数返回地址、函数参数） 数据段（全局变量、常数等） 在Linux系统中，系统调用fork后，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。系统对一个普通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。所以子进程拥有与父进程一样的uid、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。 第五步，内核为子进程创建用户级上下文。内核为子进程的代码段分配内存，并复制父进程的区内容，生成的是进程的静态部分。 第六步，生成进程的动态部分，然后对父进程返回子进程的pid，对子进程返回0。 从父进程拷贝的内容主要有： ●用户标识符，包括实际用户号（real）和有效用户号（effective）； ●环境变量 ●打开的文件描述符、套接字描述符 ●信号处理设置 ●堆栈 ●目录 ●进程组标志（process ID） ●会晤组标志（session ID） ●正文 子进程特有内容： ●进程号 ●父进程号 ●进程执行时间 ●未处理的信号被处理为空 ●不继承异步的输入输出操作 简述：fork() 调用成功时，分别返回两个整数，对父进程返回 〉0的整数，对子进程返回 0， 函数执行过程： ① 内核在系统进程表中，创建一个新条目； ② 复制父进程内容（已打开的文件描述符、堆栈、正文等）； ③ 修改两者的堆栈，给父进程返回子进程号，给子进程返回0（父进程知道每个子进程的标志号，而子进程可根据需要调用getppid() 来获得父进程的标志号）。 例子: pid_t fork(void) #include 应用程序 pid_t pid; fork ( ) if((pid=fork())==0) { //子进程代码 exit(0); 子进程2 子进程1 父进程 } else if(pid>0) { //父进程代码 exit(0); } else { printf(“Error“); exit(1); }