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。