Android C++ 系列：Linux 进程 (一)

1. 进程概念

我们知道，每个进程在内核中都有一个进程控制块(PCB)来维护进程相关的信 息，Linux 内核的进程控制块是 task_struct 结构体。现在我们全面了解一下其中都有哪 些信息。

• 进程 id。系统中每个进程有唯一的 id，在 C 语言中用 pid_t 类型表示，其实就是一个非 负整数。

• 进程的状态，有运行、挂起、停止、僵尸等状态。

• 进程切换时需要保存和恢复的一些 CPU 寄存器。

• 描述虚拟地址空间的信息。

• 描述控制终端的信息。

• 当前工作目录(Current Working Directory)。

• umask 掩码。

• 文件描述符表，包含很多指向 file 结构体的指针。

• 和信号相关的信息。

• 用户 id 和组 id。

• 控制终端、Session 和进程组。

• 进程可以使用的资源上限(Resource Limit)。

目前大家并不需要理解这些信息的细节，在随后的文章中我们会知道它是保 存在 PCB 中的。

fork 和 exec 是本章要介绍的两个重要的系统调用。fork 的作用是根据一个现有的进程复 制出一个新进程，原来的进程称为父进程(Parent Process)，新进程称为子进程(Child Process)。系统中同时运行着很多进程，这些进程都是从最初只有一个进程开始一个一个 复制出来的。在 Shell 下输入命令可以运行一个程序，是因为 Shell 进程在读取用户输入的命 令之后会调用 fork 复制出一个新的 Shell 进程，然后新的 Shell 进程调用 exec 执行新的程序。

我们知道一个程序可以多次加载到内存，成为同时运行的多个进程，例如可以同时开多 个终端窗口运行/bin/bash，另一方面，一个进程在调用 exec 前后也可以分别执行两个不同 的程序，例如在 Shell 提示符下输入命令 ls，首先 fork 创建子进程，这时子进程仍在执行/ bin/bash 程序，然后子进程调用 exec 执行新的程序/bin/ls 。

2. 进程环境

libc 中定义的全局变量 environ 指向环境变量表，environ 没有包含在任何头文件中，所 以在使用时要用 extern 声明。例如:

#include <stdio.h>int main(void) {  extern char **environ;  int i;  for(i=0; environ[i]!=NULL; i++)    printf("%s\n", environ[i]); return 0;}

由于父进程在调用 fork 创建子进程时会把自己的环境变量表也复制给子进程，所以 a.out 打印的环境变量和 Shell 进程的环境变量是相同的。

按照惯例，环境变量字符串都是 name=value 这样的形式，大多数 name 由大写字母加下划 线组成，一般把 name 的部分叫做环境变量，value 的部分则是环境变量的值。环境变量定义 了进程的运行环境，一些比较重要的环境变量的含义如下:

• PATH：可执行文件的搜索路径。ls 命令也是一个程序，执行它不需要提供完整的路径名/bin/ ls，然而通常我们执行当前目录下的程序 a.out 却需要提供完整的路径名./a.out，这 是因为 PATH 环境变量的值里面包含了 ls 命令所在的目录/bin，却不包含 a.out 所在的目 录。PATH 环境变量的值可以包含多个目录，用:号隔开。在 Shell 中用 echo 命令可以查 看这个环境变量的值:$ echo $PATH
  

• SHELL：当前 Shell，它的值通常是/bin/bash。

• TERM：当前终端类型，在图形界面终端下它的值通常是 xterm，终端类型决定了一些程序的输 出显示方式，比如图形界面终端可以显示汉字，而字符终端一般不行。

• LANG：语言和 locale，决定了字符编码以及时间、货币等信息的显示格式。

• HOME：当前用户主目录的路径，很多程序需要在主目录下保存配置文件，使得每个用户在运 行该程序时都有自己的一套配置。

用 environ 指针可以查看所有环境变量字符串，但是不够方便，如果给出 name 要在环境变量 表中查找它对应的 value，可以用 getenv 函数。

#include <stdlib.h>char *getenv(const char *name); getenv的返回值是指向value的指针，若未找到则为NULL。

修改环境变量可以用以下函数：

#include <stdlib.h>int setenv(const char *name, const char *value, int rewrite); void unsetenv(const char *name);putenv和setenv函数若成功则返回为0，若出错则返回非0。

setenv 将环境变量 name 的值设置为 value。如果已存在环境变量 name，那么 若 rewrite 非 0，则覆盖原来的定义; 若 rewrite 为 0，则不覆盖原来的定义，也不返回错误。 unsetenv 删除 name 的定义。即使 name 没有定义也不返回错误。

例修改环境变量

#include <stdlib.h>#include <stdio.h>int main(void) {  printf("PATH=%s\n", getenv("PATH"));   setenv("PATH", "hello", 1);   printf("PATH=%s\n", getenv("PATH"));   return 0;}

3.进程状态

修改进程资源限制，软限制可改，最大值不能超过硬限制，硬限制只有 root 用户可以修改

#include <sys/time.h>#include <sys/resource.h>
int getrlimit(int resource, struct rlimit *rlim);int setrlimit(int resource, const struct rlimit *rlim);

查看进程资源限制：

cat /proc/self/limits ulimit -a

4. 小结

本文介绍了进程的基本概念，进程控制块信息，fork 和 exec 两个主要的系统调用。以及进程环境的修改及获取，进程状态的修改与获取。