【Linux】初识系统调用&&进程状态

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1. 什么是系统调用

在linux中，系统调用是指操作系统提供给用户程序调用的一组特殊接口，用户程序可以根据这组接口获得操作系统内核的服务；系统调用规定了用户进程陷入内核的具体位置，或者说规划了用户访问内核的路径，只能从固定位置进入内核。

通俗点讲：在开发角度，操作系统对外会表现为一个整体，但是会暴露自己的部分接口，供上层开发使用，这部分
由操作系统提供的接口，叫做系统调用

系统调用类比于银行存钱，到银行存钱对于老百姓来说，是不可以直接跑到银行内部进行操作的，因为银行是有责任保护银行中的一切数据和钱财，所以银行一般都要封闭起来管理，但是又不能完全封闭，因为老百姓也要来办理业务，所以银行最终呈现半封闭的状态，在前台有一小半个小窗口是对老百姓开放的，以方便大家办理业务。

同理操作系统也是如此，我们不能直接对系统做操作，只能通过系统调用来进行访问。

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1.1 通过系统调用获取进程标示符

进程id (PID)

首先我们来学习PID这个概念，PID全称Process ID，是标识和区分进程的ID。Linux系统保证不会同时存在两个进程拥有相同的PID，但在一个进程结束之后，其PID可能会再次被分配给新进程

父进程id（PPID）

每个进程除了一定有PID还会有PPID，也就是父进程ID，通过PPID可以找到父进程的信息。

为什么进程都会有父进程ID呢？因为进程都是由父进程衍生出来的

操作系统给我们提供了两个查看pid和ppid的系统接口

//所需的头文件
#include 
#include 
//函数接口
pid_t getpid(void);//查看进程ID
pid_t getppid(void);//查看父进程ID
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运行结果：

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通过其他方式查看PID

首先我们想知道进程的PID，可以通过top或者ps命令来查看。

Top

在命令行执行top后，得到类似下面的输出

PS

执行ps axj后输出如下，其中axj参数让ps命令显示更详细的参数信息。

使用PID

拿到PID后，我们就可以通过kill命令来结束进程了，也可以通过kill -9或其他数字向进程发送不同的信号。

信号是个很重要的概念，我们后面会详细介绍，那么有了进程ID，我们也可以看看进程名字。

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1.2 通过系统调用创建进程-fork初识

• 运行 man fork 认识fork
• 感性的知道fork有两个返回值
• 父子进程代码共享，数据各自开辟空间，私有一份（采用写时拷贝）（后面章节细讲）

//头文件
#include 
pid_t fork(void);
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3

从它的介绍中可以知道fork对父进程返回大于0的数字（本质上是子进程的pid），对子进程返回0，失败返回-1

#include 
#include 
#include 
int main()
{
    int ret = fork();
    if(ret < 0)
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    else if(ret == 0)
    { 	//child
	    printf("I am child : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
    }else
    { 	//father
	    printf("I am father : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);
    }
    sleep(1);
    return 0;
}
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2. 进程状态

看看Linux内核源代码怎么定义

根据进程的定义，我们知道进程是代码运行的实体，而进程有可能是正在运行的，也可能是已经停止的，这就是进程的状态。

网上有人总结进程一共5种状态，也有总结是8种，究竟应该怎么算呢，最好的方法还是看Linux源码。

下面的状态在kernel源代码里定义：

/*
* The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {
  "R (running)",        /*   0 */
  "S (sleeping)",        /*   1 */
  "D (disk sleep)",    /*   2 */
  "T (stopped)",        /*   4 */
  "t (tracing stop)",    /*   8 */
  "X (dead)",        /*  16 */
  "Z (zombie)",        /*  32 */
};
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这真的是Linux的源码，可以看出进程一共7种状态，含义也比较清晰，注意其中D(disk sleep)称为不可中断睡眠状态(uninterruptible sleep)。

• R运行状态（running） : 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列
  里。
• S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠
  （interruptible sleep））。
• D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的
  进程通常会等待IO的结束。
• T停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可
  以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
• X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态

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查看状态

通过ps aux可以看到进程的状态。

O：进程正在处理器运行,这个状态从来没有见过.
S：休眠状态（sleeping）
R：等待运行（runable）R Running or runnable (on run queue) 进程处于运行或就绪状态
I：空闲状态（idle）
Z：僵尸状态（zombie）
T：T停止状态（stopped）
D: 不可中断的深度睡眠，一般由IO引起，同步IO在做读或写操作时，cpu不能做其它事情，只能等待，这时进程处于这种状态，如果程序采用异步IO，这种状态应该就很少见到了

其中就绪状态表示进程已经分配到除CPU以外的资源，等CPU调度它时就可以马上执行了。运行状态就是正在运行了，获得包括CPU在内的所有资源。等待状态表示因等待某个事件而没有被执行，这时候不耗CPU时间，而这个时间有可能是等待IO、申请不到足够的缓冲区或者在等待信号。

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Z(zombie)-僵尸进程

僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程（使用wait()系统调用,后面讲）
没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程
僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。
所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态

一个创建维持30秒的僵死进程例子 :

#include 
#include 
int main()
{
	pid_t id = fork();
	if (id < 0){
		perror("fork");
		return 1;
	}
	else if (id > 0){ //parent
		printf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());
		sleep(30);
	}
	else{
		printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());
		sleep(5);
		exit(EXIT_SUCCESS);
	}
	return 0;
}
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编译并在另一个终端下启动监控

开始测试

看到结果

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僵尸进程危害

• 进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎
  么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态？是的！
• 维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，换句话
  说， Z状态一直不退出， PCB一直都要维护？是的！
• 那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？是的！因为数据结构
  对象本身就要占用内存，想想C中定义一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空
  间！
• 内存泄漏?是的！
• 如何避免？后面详细学习

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孤儿进程

父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？

父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”

孤儿进程被1号init进程领养，当然要有init进程回。

#include 
#include 
#include 
int main()
{
	pid_t id = fork();
	if (id < 0){
		perror("fork");
		return 1;
	}
	else if (id == 0){//child
		printf("I am child, pid : %d\n", getpid());
		sleep(10);
	}
	else{//parent
		printf("I am parent, pid: %d\n", getpid());
		sleep(3);
		exit(0);
	}
	return 0;
}
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可以看到父进程退出了，子进程的ppid已经变成了1号进程，此时就是操作系统。

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