linux與Windows進程控制

進程管理控制

這裏實現的是一個自定義timer用於統計子進程運行的時間。使用方式主要是

timer [-t seconds] command arguments

例如要統計ls的運行時間能夠直接輸入timer ls，其後的arguments是指所要運行的程序的參數。如：timer ls -al。若是要指定程序運行多少時間，如5秒鐘，能夠輸入timer -t 5 ls -al。須要注意的是，該程序對輸入沒有作異常檢測，因此要確保程序輸入正確。

Linux

程序思路

1. 獲取時間

   時間獲取函數使用gettimeofday，精度能夠達到微秒

   struct timeval{
        long tv_sec;*//秒*
        long tv_usec;*//微秒*
   }

2. 子進程建立

   1. fork()函數

      #include <sys/types.h>
      #include <unistd.h>
      pid_t fork(void);

      fork調用失敗則返回-1，調用成功則：

      fork函數會有兩種返回值，一是爲0，一是爲正整數。若爲0，則說明當前進程爲子進程；若爲正整數，則該進程爲父進程且該值爲子進程pid。關於進程控制的詳細說明請參考：進程控制

   2. exec函數

      用fork建立子進程後執行的是和父進程相同的程序（但有可能執行不一樣的代碼分支），子進程每每要調用一種exec函數以執行另外一個程序。當進程調用一種exec函數時，該進程的用戶空間代碼和數據徹底被新程序替換，重新程序的啓動例程開始執行。調用exec並不建立新進程，因此調用exec先後該進程的id並未改變。
      其實有六種以exec開頭的函數，統稱exec函數：

      #include <unistd.h>
      int execl(const char *path, const char *arg, ...);
      int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
      int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);
      int execv(const char *path, char *const argv[]);
      int execvp(const char *file, char *const argv[]);
      int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

      這些函數若是調用成功則加載新的程序從啓動代碼開始執行，再也不返回，若是調用出錯則返回-1，因此exec函數只有出錯的返回值而沒有成功的返回值。

   3. wait與waitpid

      一個進程在終止時會關閉全部文件描述符，釋放在用戶空間分配的內存，但它的PCB還保留着，內核在其中保存了一些信息：若是是正常終止則保存着退出狀態，若是是異常終止則保存着致使該進程終止的信號是哪一個。這個進程的父進程能夠調用wait或waitpid獲取這些信息，而後完全清除掉這個進程。咱們知道一個進程的退出狀態能夠在Shell中用特殊變量$?查看，由於Shell是它的父進程，當它終止時Shell調用wait或waitpid獲得它的退出狀態同時完全清除掉這個進程。
      若是一個進程已經終止，可是它的父進程還沒有調用wait或waitpid對它進行清理，這時的進程狀態稱爲殭屍（Zombie）進程。任何進程在剛終止時都是殭屍進程，正常狀況下，殭屍進程都馬上被父進程清理了。
      殭屍進程是不能用kill命令清除掉的，由於kill命令只是用來終止進程的，而殭屍進程已經終止了。
      

   #include <sys/types.h>
   #include <sys/wait.h>
   pid_t wait(int *status);
   pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

   若調用成功則返回清理掉的子進程id，若調用出錯則返回-1。父進程調用wait或waitpid時可能會：

   • 阻塞（若是它的全部子進程都還在運行

   • 帶子進程的終止信息當即返回（若是一個子進程已終止，正等待父進程讀取其終止信息）

   • 出錯當即返回（若是它沒有任何子進程）

   這兩個函數的區別是：

   • 若是父進程的全部子進程都還在運行，調用wait將使父進程阻塞，而調用waitpid時若是在options參數中指定WNOHANG可使父進程不阻塞而當即返回0
   • wait等待第一個終止的子進程，而waitpid能夠經過pid參數指定等待哪個子進程

​

源代碼

timer源代碼

#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>
#include <ctime>
#include <iostream>
#include <cstring>
//程序假定輸入徹底正確，沒有作異常處理
//mytime [-t number] 程序
using namespace std;
//調用系統時間
struct timeval time_start;
struct timeval time_end;

void printTime();

void newProcess(const char *child_process, char *argv[], double duration);

int main(int argc, char const *argv[])
{
    double duration = 0;
    char **arg;
    int step = 2;
    if (argc > 3 && (strcmp((char *)"-t", argv[1]) == 0)) //若是指定了運行時間
    {
        step = 4;
        duration = atof(argv[2]); //沒有作異常處理
    }

    arg = new char *[argc - step + 1];
    for (int i = 0; i < argc - step; i++)
    {
        arg[i] = new char[100];
        strcpy(arg[i], argv[i + step]);
    }
    arg[argc - step] = NULL;

    newProcess(argv[step - 1], arg, duration);
    return 0;
}

void printTime()
{
    //用以記錄進程運行的時間
    int time_use = 0;  // us
    int time_left = 0; // us
    int time_hour = 0, time_min = 0, time_sec = 0, time_ms = 0, time_us = 0;
    gettimeofday(&time_end, NULL);

    time_use = (time_end.tv_sec - time_start.tv_sec) * 1000000 + (time_end.tv_usec - time_start.tv_usec);
    time_hour = time_use / (60 * 60 * (int)pow(10, 6));
    time_left = time_use % (60 * 60 * (int)pow(10, 6));
    time_min = time_left / (60 * (int)pow(10, 6));
    time_left %= (60 * (int)pow(10, 6));
    time_sec = time_left / ((int)pow(10, 6));
    time_left %= ((int)pow(10, 6));
    time_ms = time_left / 1000;
    time_left %= 1000;
    time_us = time_left;
    printf("此程序運行的時間爲：%d 小時, %d 分鐘, %d 秒, %d 毫秒, %d 微秒\n", time_hour, time_min, time_sec, time_ms, time_us);
}

void newProcess(const char* child_process, char **argv, double duration)
{
    pid_t pid = fork();
    if (pid < 0) //出錯
    {
        printf("建立子進程失敗！");
        exit(1);
    }
    if (pid == 0) //子進程
    {
        execvp(child_process, argv);
    }
    else
    {
        if (abs(duration - 0) < 1e-6)
        {
            gettimeofday(&time_start, NULL);
            wait(NULL); //等待子進程結束
            printTime();
        }
        else
        {
            gettimeofday(&time_start, NULL);
            // printf("sleep: %lf\n", duration);
            waitpid(pid, NULL, WNOHANG);
            usleep(duration * 1000000); // sec to usec
            int kill_ret_val = kill(pid, SIGKILL);
            if (kill_ret_val == -1) // return -1, fail
            {
                printf("kill failed.\n");
                perror("kill");
            }
            else if (kill_ret_val == 0) // return 0, success
            {
                printf("process %d has been killed\n", pid);
            }
            printTime();
        }
    }
}

測試源代碼

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main(int argc, char const *argv[])
{
    for(int n = 0; n < argc; n++)
    {
        printf("arg[%d]:%s\n",n, argv[n]);
    }
    sleep(5);
    return 0;
}

測試

1. 自行編寫程序測試

2. 系統程序測試

3. 將timer加入環境變量

   這裏僅進行了臨時變量修改。

Windows

在Windows下進行父子進程的建立和管理在api調用上相較Linux有必定難度，但實際上在使用管理上比Linux容易的多。

CreateProcess

#include <Windows.h>
BOOL CreateProcessA(
  LPCSTR                lpApplicationName,
  LPSTR                 lpCommandLine,
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes,
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
  BOOL                  bInheritHandles,
  DWORD                 dwCreationFlags,
  LPVOID                lpEnvironment,
  LPCSTR                lpCurrentDirectory,
  LPSTARTUPINFOA        lpStartupInfo,
  LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation
);

源代碼實現

timer程序

// 進程管理.cpp : 此文件包含 "main" 函數。程序執行將在此處開始並結束。
//

#include <iostream>
#include <wchar.h>
#include <Windows.h>
#include <tchar.h>
using namespace std;


void printTime(SYSTEMTIME* start, SYSTEMTIME* end);
void newProcess(TCHAR* cWinDir, double duration);

int _tmain(int argc, TCHAR *argv[])
{
    TCHAR* cWinDir = new TCHAR[MAX_PATH];
    memset(cWinDir, sizeof(TCHAR) * MAX_PATH, 0);

    printf("argc:   %d\n", argc);

    int step = 1;
    double duration = 0;
    if (argc > 1)
    {
        if (argv[1][0] == TCHAR('-') && argv[1][1] == TCHAR('t') && argv[1][2] == TCHAR('\0'))
        {
            step = 3;
            duration = atof((char*)argv[2]);
        }
    }
    //printf("printf content start: %ls\n", argv[1]);
    int j = 0;
    for (int i = 0, h = 0; i < argc - step; i++)
    {
        wcscpy_s(cWinDir + j, MAX_PATH - j, argv[i + step]);
        for (h = 0; argv[i + step][h] != TCHAR('\0'); h++);
        j += h;
        cWinDir[j++] = ' ';
        //printf("%d : %d\n", i, j);
        //printf("printf content start: %ls\n", cWinDir);
    }
    cWinDir[j - 2] = TCHAR('\0');
    //printf("printf content start: %ls\n", cWinDir);

    newProcess(cWinDir,duration);

    return 0;
}


void printTime(SYSTEMTIME* start, SYSTEMTIME* end)
{
    int hours = end->wHour - start->wHour;
    int minutes = end->wMinute - start->wMinute;
    int seconds = end->wSecond - start->wSecond;
    int ms = end->wMilliseconds - start->wMilliseconds;
    if (ms < 0)
    {
        ms += 1000;
        seconds -= 1;
    }
    if (seconds < 0)
    {
        seconds += 60;
        minutes -= 1;
    }
    if (minutes < 0)
    {
        minutes += 60;
        hours -= 1;
    }
    //因爲僅考慮在一天以內，不考慮小時會變成負數的狀況
    printf("runtime: %02dhours %02dminutes %02dseconds %02dmilliseconds\n", hours, minutes, seconds, ms);
}

void newProcess(TCHAR* cWinDir, double duration)
{
    PROCESS_INFORMATION pi;
    STARTUPINFO si;
    ZeroMemory(&si, sizeof(si));
    si.cb = sizeof(si);
    ZeroMemory(&pi, sizeof(pi));
    

    SYSTEMTIME start_time, end_time;
    memset(&start_time, sizeof(SYSTEMTIME), 0);
    memset(&end_time, sizeof(SYSTEMTIME), 0);
    GetSystemTime(&start_time);

    if (CreateProcess(
        NULL,       //lpApplicationName.若爲空，則lpCommandLine必須指定可執行程序
                    //若路徑中存在空格，必須使用引號框定
        cWinDir,    //lpCommandLine
                    //若lpApplicationName爲空，lpCommandLine長度不超過MAX_PATH
        NULL,       //指向一個SECURITY_ATTRIBUTES結構體，這個結構體決定是否返回的句柄能夠被子進程繼承，進程安全性
        NULL,       //  若是lpProcessAttributes參數爲空（NULL），那麼句柄不能被繼承。<同上>，線程安全性
        false,      //  指示新進程是否從調用進程處繼承了句柄。句柄可繼承性
        0,          //  指定附加的、用來控制優先類和進程的建立的標識符（優先級）
                    //  CREATE_NEW_CONSOLE  新控制檯打開子進程
                    //  CREATE_SUSPENDED    子進程建立後掛起，直到調用ResumeThread函數
        NULL,       //  指向一個新進程的環境塊。若是此參數爲空，新進程使用調用進程的環境。指向環境字符串
        NULL,       //  指定子進程的工做路徑
        &si,        //  決定新進程的主窗體如何顯示的STARTUPINFO結構體
        &pi         //  接收新進程的識別信息的PROCESS_INFORMATION結構體。進程線程以及句柄
    ))
    {
    }
    else
    {
        printf("CreateProcess failed (%d).\n", GetLastError());
        return;
    }


    //wait untill the child process exits
    if (abs(duration - 0) < 1e-6)
        WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);//這裏指定運行時間，單位毫秒
    else
        WaitForSingleObject(pi.hProcess, duration * 1000);

    GetSystemTime(&end_time);

    printTime(&start_time, &end_time);

    CloseHandle(pi.hProcess);
    CloseHandle(pi.hThread);
}

測試程序

#include <iostream>
#include <Windows.h>
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
    for (int n = 0; n < argc; n++)
    {
        printf("arg[%d]:%s\n", n, argv[n]);
    }
    Sleep(5*1000);
    return 0;
}

測試

1. 自行編寫程序測試

2. 系統程序測試

3. 添加至環境變量

參考資料

Windows

• CreateProcess

Linux

• 進程控制

• 進程控制,linux環境

• Linux父進程建立子進程的方法

• Linux建立子進程執行任務

• execv Linux man page

• execv函數的應用