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的運行時間可以直接輸入timer ls，其後的arguments是指所要運行的程序的參數。如：timer ls -al。如果要指定程序運行多少時間，如5秒鐘，可以輸入timer -t 5 ls -al。需要注意的是，該程序對輸入沒有做異常檢測，所以要確保程序輸入正確。
Linux
程序思路
-
獲取時間
時間獲取函數使用
gettimeofday，精度可以達到微秒struct timeval{ long tv_sec;*//秒* long tv_usec;*//微秒* } -
子進程創建
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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，一是為0，一是為正整數。若為0，則說明當前進程為子進程；若為正整數，則該進程為父進程且該值為子進程pid。關於進程控制的詳細說明請參考：
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exec函數用fork創建子進程后執行的是和父進程相同的程序（但有可能執行不同的代碼分支），子進程往往要調用一種exec函數以執行另一個程序。當進程調用一種exec函數時，該進程的用戶空間代碼和數據完全被新程序替換，從新程序的啟動例程開始執行。調用exec並不創建新進程，所以調用exec前後該進程的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[]);這些函數如果調用成功則加載新的程序從啟動代碼開始執行，不再返回，如果調用出錯則返回-1，所以exec函數只有出錯的返回值而沒有成功的返回值。
-
wait與waitpid一個進程在終止時會關閉所有文件描述符，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：如果是正常終止則保存着退出狀態，如果是異常終止則保存着導致該進程終止的信號是哪個。這個進程的父進程可以調用wait或waitpid獲取這些信息，然後徹底清除掉這個進程。我們知道一個進程的退出狀態可以在Shell中用特殊變量$?查看，因為Shell是它的父進程，當它終止時Shell調用wait或waitpid得到它的退出狀態同時徹底清除掉這個進程。
如果一個進程已經終止，但是它的父進程尚未調用wait或waitpid對它進行清理，這時的進程狀態稱為殭屍（Zombie）進程。任何進程在剛終止時都是殭屍進程，正常情況下，殭屍進程都立刻被父進程清理了。
殭屍進程是不能用kill命令清除掉的，因為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（如果它的所有子進程都還在運行
- 帶子進程的終止信息立即返回（如果一個子進程已終止，正等待父進程讀取其終止信息）
-
出錯立即返回（如果它沒有任何子進程）
這兩個函數的區別是：
- 如果父進程的所有子進程都還在運行，調用wait將使父進程阻塞，而調用waitpid時如果在options參數中指定WNOHANG可以使父進程不阻塞而立即返回0
- wait等待第一個終止的子進程，而waitpid可以通過pid參數指定等待哪一個子進程
-
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>
//程序假定輸入完全正確，沒有做異常處理
//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)) //如果指定了運行時間
{
step = 4;
duration = atof(argv[2]); //沒有做異常處理
}
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("此程序運行的時間為：%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("創建子進程失敗！");
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
-
自行編寫程序測試
-
系統程序測試
-
將timer加入環境變量
這裏僅進行了臨時變量修改。
Windows
在Windows下進行父子進程的創建和管理在api調用上相較Linux有一定難度，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;
}
//由於僅考慮在一天之內，不考慮小時會變成負數的情況
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);
//建議大家不要單獨傳入lpApplicationName,而是將程序名放入cWinDir中
//這樣會自動搜索PATH
if (CreateProcess(
NULL, //lpApplicationName.若為空，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為空，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可以被子進程繼承，進程安全性
NULL, // 如果lpProcessAttributes參數為空（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創建的標識符（優先級）
// CREATE_NEW_CONSOLE 新控制台打開子進程
// CREATE_SUSPENDED 子進程創建后掛起，直到調用ResumeThread函數
NULL, // 指向一個新進程的環境塊。如果此參數為空，新進程使用調用進程的環境。指向環境字符串
NULL, // 指定子進程的工作路徑
&si, // 決定新進程的主窗體如何显示的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
-
自行編寫程序測試
-
系統程序測試
-
添加至環境變量
參考資料
Windows
Linux
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