嵌入式Linux学习之--多进程编程

1、嵌入式Linux学习之-多进程编程1.多进程控制理论进程：进程是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动。进程的特点：动态性、并发性、异步性，独立性动态性：进程的实质是程序的一次执行过程,进程是动态产生,动态消亡的.并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行独立性：进程是一个能独立运行的基本单位,同时也是系统分配资源和调度的独立单位；异步性：由于进程间的相互制约,使进程具有执行的间断性,即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进 。进程四要素：程序块、数据块、进程控制块、独立用户空间.进程的状态：就绪态、执行态、阻塞态进程ID（PID）：标识进程的唯一数字。父进程的ID（PPID），启动进程

2、的用户ID（UID）进程互斥：进程互斥是指当有若干个进程都要使用某一资源时，但该资源在同一时刻最多只允许一个进程使用，这时其它进程必须等待，直到占用该资源的进程释放资源为止。临界资源：操作系统中将同一时刻只允许一个进程访问的资源称为临界资源。临界区：进程中访问临界资源的那段程序代码就称为临界区。为了实现对临界资源的互斥访问，应保证诸进程互斥地进入各自的临界区。进程同步：一组进程按一定的顺序执行的过程称为进程间的同步。具有同步关系的这组进程称为合作进程。最为有名的是生产者与消费者进程。进程调度：按一定的算法，从一组待运行的程序中选出一个来占有CPU运行。调度算法：先来先服务（FIFO）,短进程优

3、先，高优先级优先，时间片轮转调度分类：按调度时机，调度分为抢占式调度的非抢占式调度。死锁：多个进程因竞争资源而形成一种僵局，导致这些进程都无法往前执行。死锁的发生必须具备以下四个必要条件。 1）互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。 2）请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。 3）不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放

4、。 4）环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程资源的环形链，即进程集合P0，P1，P2，···，Pn中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，Pn正在等待已被P0占用的资源。如何防止死锁？只要打破四个必要条件之一就能有效预防死锁的发生：打破互斥条件：改造独占性资源为虚拟资源，大部分资源已无法改造。打破不可抢占条件：当一进程占有一独占性资源后又申请一独占性资源而无法满足，则退出原占有的资源。打破占有且申请条件：采用资源预先分配策略，即进程运行前申请全部资源，满足则远行，不然就等待，这样就不会占有且申请。打破循环等待条件：实现资源有序分配

5、策略，对所有设备实现分类编号，所有进程只能采用按序号递增的形式申请资源（1） 保证不在临界区中进入另一个临界区，这是最简单的（2） 即使在一个临界区进入另一个临界区，要为进入临界区的次序设置好顺序，比如，只有先进入临界区A后才以能进入临界区B。但目前linux并无这样的措施，这也是以后可以加的一个改进。 linux情景分析重要API函数函数原型Pid_t getpid(void)函数说明获取进程的PID函数参数无返回值返回调用进程的ID实例：#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>

6、void main(void) pid_t id = 0; id = getpid(); printf("process id is %dn",id);2.多进程程序设计Fork和vfork的区别（1） fork:子进程拥有独立的数据段、堆栈vfork:子进程和父进程共享数据段、堆栈（2） fork:子进程的执行顺序不确定vfork:子进程先运行，父进程后运行3.Linux进程通讯方式（1）无名管道（2）有名管道（3）信号量（4）信号（5）共享内存（6）消息队列（7）套接字（socket）3.1无名管道3.3.1无名管道相关关键概念无名管道是Linux支持的最初Unix I

7、PC形式之一，具有以下特点：l 管道是半双工的，数据只能向一个方向流动，需要双方通信时，需要建立两个管道;l 只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）l 单独构成一种独立的文件系统，对于管道两端的进程而言，管道就是一个文件。但它不是普通的文件，不属于某种文件系统。l 数据的读出和写入：管道中的数据被读出后，数据就不存在了。去读取空管道时会阻塞或出错，向满管道写数据会阻塞或出错。l 管道容量为64k.3.3.2管道通信特点1). 管道通讯是单向的，有固定的读端和写端。2). 数据被进程从管道读出后，在管道中该数据就不存在了2). 数据被进程从管道读出后，在管道中该数据就不存在了3)

8、. 当进程去读取空管道的时候，进程阻塞。4). 当进程往满管道写数据时，进程阻塞。5). 管道容量为64KB（#define PIPE_BUFFERS 16 include/linux/pipe_fs_i.h）3.3.3管道的读写规则管道两端可分别用描述字fd0以及fd1来描述，需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字fd0表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd1来表示，称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。从管道中读取数据：

9、60;如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；  · 当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量）。注：（PIPE_BUF在include/linux/limits.h中定义，不同的内核版本可能会有所不同。Posix.1要求PIPE_BUF至少为512字节，red hat 7.2中为40

10、96）3.3.4函数学习l 创建管道3.3.5综合实例-父子进程利用管道通讯=pipe_rw.c=3.2有名管道3.2.1基本概念有名管道又称为FIFO文件，因此我们对名管道的操作可以采用操作文件的方法，如使用open,read,write等.l FIFO文件对比普通文件FIFO文件在使用上和普通文件有相似之处，但是也有不同之处：1). 读取Fifo文件的进程只能以”RDONLY”方式打开fifo文件。2). 写Fifo文件的进程只能以”WRONLY”方式打开fifo3). Fifo文件里面的内容被读取后，就消失了。但是普通文件里面的内容读取后还存在。l3.2.2函数学习l 创建有名管道3.2

11、.3综合实例-任意两个进程利用名管道通讯=fifo_write.c=fifo_read.c=3.3信号3.3.1基本概念l 信号：在古老的战场上，信号是最有效，最直接的通讯方式；在Linux系统中，信号(signal)同样也是最为古老的进程间通信机制。l 信号处理流程：l 信号类型Linux系统支持的所有信号均定义在/usr/include/asm/signal.h(展示)，其中常见的信号有：SIGKILL： 杀死进程SIGSTOP：暂停进程SIGSTOP：暂停进程SIGCHLD：子进程停止或结束时用来通知父进程3.3.2函数学习l 发送信号l 处理信号3.3.3综合实例-AB进程利用信号通讯

12、=aprocess.c=bprocess.c=3.4信号量信号量(又名：信号灯)与其他进程间通信方式不大相同，主要用途是保护临界资源(进程互斥)。进程可以根据它判定是否能够访问某些共享资源。除了用于访问控制外，还可用于进程同步。分类：二值信号灯：信号灯的值只能取0或1计数信号灯：信号灯的值可以取任意非负值。3.4.1信号量互斥3.4.1.1公标栏问题数学与英语科代表都要在公告栏写一些信息，分别是“数学课考试”，“英语课取消”。但数学科代表在写完“数学课”后因有事走开了一会，此时英语科代表进来在公告栏上写“英语课”，此时，英语科代表有高空槽走开了一会，数学科代表回来了，继续写“考试”，然后完成离

13、开了。英语科代表回来了，接着写“取消”。最后，公告栏的内容是“数学课英语课考试取消”。显示，从公告栏上获取的信息不是想要的。信号量互斥就是解决这种资源的共享问题。3.4.1.2函数学习l 创建/打开信号量l 操作信号量l 释放信号量 3.4.1.3综合实例-公告栏问题=student1.c=student2.c=Board.txt3.4.2信号量同步3.4.2.1基本概念一组并发进程进行互相合作、互相等待，使得各进程按一定的顺序执行的过程称为进程间的同步。3.4.2.2综合实例-生产者消费者实验=productor.c=customer.c=3.5共享内存3.5.1基本概念共享内存是IPC机制中的一种. 顾名思义,它允许两个不相关的进程访问同一段内存,这是传递数据的一种非常有效的方式。3.5.2函数学习l 创建打开共享内存l 映射共享内存l 解除共享内存l 删除共享内存3.5.3综合实例-共享内