2.2.1 进程管理，以及父子进程共享同一个文件资源时，文件的‘读写位置’会相互影响

2024-01-09 10:58
文章标签 共享 管理 位置 进程 读写 资源 2.2 同一个 父子 相互影响

本文主要是介绍2.2.1 进程管理，以及父子进程共享同一个文件资源时，文件的‘读写位置’会相互影响，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

目录
  1. 等待一个进程（父进程等待子进程终止）
  2. 僵尸进程（defunct / zombie）
  3. 父子进程共享同一个文件资源时，‘读写指针’ 设置
1. 等待一个进程
  • 当用 fork 函数调用启动一个子进程时，子进程就有了它自己的生命周期并将独立运行。可以通过在父进程中调用 wait 函数让父进程等待子进程结束。
  1. wait 函数
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *stat_loc);

头文件 ‘sys/wait.h’ 中定义了用来解释状态信息的宏（每两行为一组，共 3 组）：

宏说明
WIFEXITED(stat_val)如果子进程正常结束，它就取一个非零值
WEXITSTATUS(stat_val)如果 WIFEXITED 非零，它返回子进程的退出码
--
WIFSIGNALED(stat_val)如果子进程因为一个未捕获的信号而终止，它就取一个非零值
WTERNSIG(stat_val)如果 WIFSIGNALED 非零，它返回一个信号代码
--
WIFSTOPPED(stat_val)如果子进程意外终止，它就取一个非零值
WSTOPSIG(stat_val)如果 WIFSTOPPED 非零，它返回一个信号代码
  1. 父进程等待子进程终止，并获取/打印子进程的退出状态码，代码如下：
/* test3.c */
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>void main(){printf("main running.\n");int res;pid_t pid_res;pid_t pid = fork();switch(pid){case 0:// 子进程printf("child process running.\n");// 模拟耗时操作sleep(5);printf("child process done.\n");// 指定退出码为 69（父进程将获取该退出码）exit(69);case -1:// errorexit(EXIT_FAILURE);default:// 父进程printf("parent process wait for child process.\n");// 父进程执行挂起（阻塞），等待子进程终止pid_res = wait(&res);if(pid_res == pid){if(WIFEXITED(res)){printf("cp exit code(WIFEXITED): %d\n", WEXITSTATUS(res));}else if(WIFSIGNALED(res)){printf("cp exit code(WIFSIGNALED): %d\n", WTERMSIG(res));}else if(WIFSTOPPED(res)){printf("cp exit code(WIFSTOPPED): %d\n", WSTOPSIG(res));}}else{printf("error: wait for child process.\n");}printf("parent process done.\n");exit(EXIT_SUCCESS);}
}

运行 test3，执行结果如下（父进程等待子进程终止，并成功获取子进程退出码）：

ubuntu@cuname:~/dev/beginning-linux-programming/test$ gcc -o test3 test3.c
ubuntu@cuname:~/dev/beginning-linux-programming/test$ ./test3
main running.
parent process wait for child process.
child process running.
child process done.
cp exit code(WIFEXITED): 69 // 表明：子进程正常结束，并且正确获取退出码为 69
parent process done.

将 switch 语句中的子进程执行代码由

        case 0:// 子进程printf("child process running.\n");// 模拟耗时操作sleep(5);printf("child process done.\n");// 指定退出码为 69（父进程将获取该退出码）exit(69);

修改为（其中 故意导致子进程异常终止）：

        case 0:// 子进程printf("child process running.\n");// 模拟耗时操作sleep(5);printf("child process done.\n");//// 故意导致子进程异常终止//res = 1 / 0;// 指定退出码为 69（父进程将获取该退出码）exit(69);

再次运行 test3，执行结果如下（可见编译器报告‘除零’警告，忽略警告，继续运行 test3，发现子进程因未捕获的信号而终止（WIFSIGNALED），并且信号代码为 8）：

ubuntu@cuname:~/dev/beginning-linux-programming/test$ gcc -o test3 test3.c
test3.c: In function ‘main’:
test3.c:18:21: warning: division by zero [-Wdiv-by-zero]res = 1 / 0;^
ubuntu@cuname:~/dev/beginning-linux-programming/test$ ./test3
main running.
parent process wait for child process.
child process running.
child process done.
cp exit code(WIFSIGNALED): 8 // 子进程因未捕获的信号而终止（WIFSIGNALED），8（SIGFPE） 表示算术运算错误
parent process done.
2. 僵尸进程
  • 子进程终止时，它与父进程之间的关系还会保持，直到父进程也正常终止或父进程调用 wait 函数才告结束。因此，进程表中代表子进程的表项不会立即释放。虽然子进程不再运行，但它仍然存在于系统中，因为它的退出码还需要保存起来，以备父进程今后的 wait 调用使用。这时它将成为一个死（defunct）进程或僵尸（zombie）进程。
  • 如果父进程异常终止，子进程将自动把 PID 为 1 的进程（即 init ）作为自己的父进程。子进程现在是一个不再运行的僵尸进程，但因为其父进程异常终止，所以它由 init 进程接管。僵尸进程将一直保留在进程表中直到被 init 进程发现并释放。进程表越大，这一过程就越慢。应该尽量避免产生僵尸进程，因为在 init 清理它们之前，它们将一直消耗系统的资源。
  1. 模拟僵尸进程，代码如下（子进程先于父进程终止）：
/* test3.c */
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>void main(){printf("parent running.\n");int res;pid_t pid = fork();switch(pid){case 0:// child processprintf("child process running.\n");printf("child process done.\n");exit(0);case -1:// errorexit(EXIT_FAILURE);default:// 父进程等待子进程终止sleep(5);printf("parent process done.\n");exit(EXIT_SUCCESS);}
}

运行 test3 程序，执行结果如下（正如期待的那样，子进程先行终止，父进程随后才结束运行）：

ubuntu@cuname:~/dev/beginning-linux-programming/test$ gcc -o test3 test3.c
ubuntu@cuname:~/dev/beginning-linux-programming/test$ ./test3
parent running.
child process running.
child process done. 	// 子进程终止
parent process done.	// 父进程终止

在子进程终止后，父进程终止之前，查询进程信息，如下（子进程 pid：11353 为僵尸进程）：

ubuntu@cuname:~$ ps l
F   UID    PID   PPID PRI  NI    VSZ   RSS WCHAN  STAT TTY        TIME COMMAND
0  1000  11352   3665  20   0   4352   680 hrtime S+   pts/18     0:00 ./test3
1  1000  11353  11352  20   0      0     0 -      Z+   pts/18     0:00 [test3] <defunct>
  1. 怎样避免僵尸进程？除了在父进程中调用 wait 函数，还有可以使用信号处理，在父进程中处理 或 忽略子进程的 SIGCHLD 信号。修改代码如下（忽略子进程的 SIGCHLD 信号）：
/* test3.c */
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>void main(){printf("parent running.\n");// 忽略子进程的 SIGCHLD 信号signal(SIGCHLD, SIG_IGN);pid_t pid = fork();switch(pid){case 0:// child processprintf("child process running.\n");printf("child process done.\n");exit(0);case -1:// errorexit(EXIT_FAILURE);default:// 父进程等待子进程终止sleep(5);printf("parent process done.\n");exit(EXIT_SUCCESS);}
}

运行 test3：

ubuntu@cuname:~/dev/beginning-linux-programming/test$ ./test3
parent running.
child process running.
child process done.
parent process done.

并查看进程信息如下（已经没有僵尸进程了）：

ubuntu@cuname:~$ ps l
F   UID    PID   PPID PRI  NI    VSZ   RSS WCHAN  STAT TTY        TIME COMMAND
0  1000  11455   3665  20   0   4352   640 hrtime S+   pts/18     0:00 ./test3
3. 父子进程共享同一个文件资源时，‘读写指针’ 设置
  • fork 或 exec 函数调用中的文件描述符（在原进程中已打开的文件描述符在新进程中仍将保持打开（这不是绝对的，这里暂不讨论））
  • 父子进程都有各自的文件描述符，它们都指向同一个文件资源，它们各自独立。但是父子进程它们对同一个文件资源进行读写时，文件的 ‘读写位置’ 是相互影响的。
  • 每个进程都有一些与之关联的文件描述符。这是一些小值整数，可以通过它们访问打开的文件或设备。每个进程持有的文件描述符个数是有限的，取决于系统的配置情况。当一个程序开始运行时，它一般会有 3 个已经打开的文件描述符：
文件描述符说明
0标准输入
1标准输出
2标准错误

模拟程序：在父进程中打开文件，然后在子进程中执行写入操作，最后父进程读取文件内容。父进程读取之前，设置了 ‘读写指针’ 的位置，否则无法读取子进程写入的内容，因为 ‘读写指针’ 处于文件末尾。代码如下：

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>void main(){printf("parent running.\n");int res;char buf_wr[] = "9ijghjkk9988";char buf_rd[sizeof(buf_wr)];buf_rd[0] = '\0';int fd = open("/tmp/data.txt", O_RDWR | O_TRUNC | O_CREAT, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH);if(fd < 0){printf("error: open file:/tmp/data.txt failed.\n");exit(EXIT_FAILURE);}pid_t pid = fork();switch(pid){case 0:// 子进程printf("child process running.\n");res = write(fd, buf_wr, sizeof(buf_wr));if(res != sizeof(buf_wr)){printf("error: child process write failed.\n");exit(EXIT_FAILURE);}close(fd); // 子进程先关闭自己的文件描述符printf("child process done.\n");exit(0);case -1:// errorexit(EXIT_FAILURE);default:// 父进程// 父进程等待子进程终止wait(0);//// 设置文件的‘读写位置’，使其偏移到子进程执行写入操作时的位置//lseek(fd, 0 - sizeof(buf_wr), SEEK_CUR);res = read(fd, buf_rd, sizeof(buf_wr));if(res == 0){// EOFprintf("EOF\n");}else if(res > 0){printf("parent process done. readed string is '%s'\n", buf_rd);}else{// errorprintf("error: parent process read failed.\n");exit(EXIT_FAILURE);}close(fd);exit(EXIT_SUCCESS);}
}

运行结果，如下：

ubuntu@cuname:~/dev/beginning-linux-programming/test$ gcc -o test3 test3.c
ubuntu@cuname:~/dev/beginning-linux-programming/test$ ./test3
parent running.
child process running.
child process done.  	// 子进程终止
parent process done. readed string is '9ijghjkk9988'  // 随后父进程终止

这篇关于2.2.1 进程管理，以及父子进程共享同一个文件资源时，文件的‘读写位置’会相互影响的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/586878。

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