linux的时间编程

时间编程

1. 时间流

• 返回值或输出参数得到时间流：time_t，长整型。
• 常见函数：
  • time_t tm = time(NULL);
  • ctime(&tm);
  • struct tm *pt = localtime(&tm);

2. 时间流转字符串格式

• 带换行符。

3. 时间流转时间结构体对象

struct tm {
int tm_sec; // 秒，0-59
int tm_min; // 分，0-59
int tm_hour; // 时，0-23
int tm_mday; // 日，1-31
int tm_mon; // 月，0-11，使用时 +1
int tm_year; // 年，从1900开始，使用时 +1900
int tm_wday; // 星期，0-6，0表示星期日
int tm_yday; // 一年中的第几天，0-365
int tm_isdst; // 夏令时标志
};

注意：月份要 +1，年份要 +1900。

进程基础

1. 进程概念

• FreeRTOS 里面多任务，进程 === 任务。
• 单任务：MCU 无系统裸机程序 while(1) { … }。
• 多任务：同时运行多个程序，如手机系统多任务操作系统。
• Linux 任务叫进程，多任务多进程。
  • 程序：静态，可执行文件，标本。
  • 进程：动态，在内存里程序一次执行，有生命周期。
• 如何实现多进程？
• 单核 1 个 CPU：假并发，宏观并行，微观串行，充分利用 CPU。
• 多核多个 CPU：真并发。
• 时间片轮换、调度策略、优先级。
• CPU 时间片：5ms、5ms、5ms、5ms，4 个进程 20ms。
• 大厨比喻：锅、锅、锅、锅。
• 任务调度具有不确定性。
• 调度队列，进程是基本的调度单位。

2. 进程的内存映像

• 32 位系统：4GB = 用户空间 3GB + 内核空间 1GB。
• 虚拟地址与物理地址映射。
• 物理内存 8GB，充分利用内存。

3. 获取进程号

• 每个进程都会有一个对象来描述：struct task_struct，进程描述符。
• 该结构体有很多成员，其中：
  • pid_t pid; 进程号，pid_t 数据类型是整型。
• 获取进程号的函数：
  • getpid()：获取当前进程的进程号。
  • getppid()：获得父进程号。
• pid = 1：祖先进程 init 进程。
• pid = 0：特殊进程，空闲进程，没有父进程。

4. 进程树

pstree
pstree -p # 带进程号

• 交互进程：都是在终端里面运行的，由终端进程创建的子进程。
• 进程分类：
  • 守护进程：后台脱离终端运行，不使用标准文件，输出写入日志文件。
  • 批处理：脚本运行。
• 进程的运行可在用户空间和内核空间中。

5. 创建进程

5.1 方法 1

./hello

5.2 方法 2：fork 函数调用来创建进程

• fork：叉子，分叉。
• 进程间地址完全独立，而线程间地址共享。
• 分裂、细胞、复制 DNA。

printf("fork 前:我的PID=%d, 父PID=%d\\n", getpid(), getppid());
pid_t child_pid = fork();
if (child_pid > 0) {
// 父进程
printf("父进程:我自己PID=%d, 父PID=%d\\n", getpid(), getppid());
printf("父进程:fork返回的子进程PID=%d\\n", child_pid);
} else if (child_pid == 0) {
// 子进程
printf("子进程:我自己PID=%d, 父PID=%d\\n", getpid(), getppid());
printf("子进程:fork返回给我的=%d\\n", child_pid);
}

• pid = fork(); 1 个进程分裂为 2 个进程。
• 返回 2 次：
  • 当 pid > 0：fork() 返回后执行后面的代码是执行父进程的代码，pid 的值是子进程的进程号。
  • 当 pid = 0：fork() 返回执行后面的代码是执行子进程的代码。
  • 当 pid = -1：fork 失败，设置 errno，调用 perror。

示例输出：

fork 前：我的PID=2765, 父PID=1994
父进程：我自己PID=2765, 父PID=1994
父进程：fork返回的子进程PID=2766
子进程：我自己PID=2766, 父PID=1
子进程：fork返回给我的=0

再次示例：

before fork() pid=4663 ppid=4162
after fork() pid=4663 ppid=4162
after fork() pid=4664 ppid=4663
父4663 子4664

before fork() pid=4685 ppid=4162
after fork() pid=4685 ppid=4162
after fork() pid=4686 ppid=4685
after fork() pid=4687 ppid=4685
after fork() pid=4688 ppid=4686
父4685 子4686 子4687 子4688

• 一个父进程退出，它的一个或多个子进程还在运行，那么这些子进程叫孤儿进程。
• 孤儿进程交给 init 进程（pid=1）所收养。

6. ps 输出格式定制方法

ps -o pid,ppid,state,tty,command

示例：

PID PPID S TT COMMAND
3343 3339 S pts/0 -bash
4776 3343 R pts/0 ps -o pid,ppid,state,tty,command

• 如果在代码中运行 shell 命令用 system 函数。

7. 僵尸进程

• 子进程先结束，父进程没结束，如果父进程没有给子进程收尸，那么子进程就是僵尸进程。
• 子进程结束后父进程要记得给子进程收尸，调用 wait 函数可得到子进程结束的状态信息并回收子进程剩余资源。
• 记住：父进程创建子进程后，记得给子进程收尸。

示例：

befor fork() pid=4707 ppid=4599
after fork() pid=4707 ppid=4599
after fork() pid=4708 ppid=4707
PID PPID S TT COMMAND
4599 4598 S pts/1 -bash
4707 4599 S pts/1 ./4_fork
4708 4707 Z pts/1 [4_fork] <defunct>
4710 4707 S pts/1 sh -c ps -o pid,ppid,state,tty,command
4711 4710 R pts/1 ps -o pid,ppid,state,tty,command

• 子进程还在，但变成了僵尸进程，因为没人收尸。

8. 创建子进程的目的

9. exec 函数族

• 实现替换子进程执行代码的函数。
• 原理：执行 exec 函数时，可替换子进程 .data、.bss、.stack、.heap 等等。
• 当 exec 函数执行完后，子进程除进程号相关信息以外其他全部被替换。
• 函数名特点：
  • 带 p：参数 file 表示程序的文件名，例如 ls。
  • 不带 p：参数 pathname 表示带路径的程序文件名，例如 /usr/bin/ls。
  • 带 l：使用 … 参数，参数形式 arg1, arg2, …, NULL。
  • 带 v：使用 argv[] 数组。
• 返回值：
  • 执行成功，不返回了。
  • 出错返回 -1，设置 errno。

10. wait 函数：给子进程收尸

• 父进程等子进程。
• 参数：wstatus 输出参数，获得子进程的退出码，子进程的 exit(退出码)。
• 说明：
• 父进程调用 wait 时，如果子进程没有结束，父进程就阻塞，直到子进程结束时返回。
  • 阻塞：休眠，CPU 不会为阻塞的进程服务，类似 scanf、fgets、getchar 等，例如等设备就绪。
• 父进程调用 wait 可等待多个子进程中某一个子进程，要给所有子进程收尸，那么就要调用多个 wait。
  • 等待多个子进程时，只写一个 wait 函数，wait 等待的是最先运行结束的那个子进程。
• 返回值：
  • 成功，返回等待子进程的 pid。
  • 失败，返回 -1，设置 errno。

11. waitpid 函数

• waitpid 函数专等某个 pid。
• waitpid(-1, &status, 0) === wait(&status)。
• 参数：
  • pid > 0：要等待某个 pid 子进程结束。
  • pid = -1：等价于 wait。
  • wstatus：输出参数，获得子进程的退出码 exit(退出码)。
  • options：
    • 0：类似 wait，阻塞。
    • WNOHANG：不阻塞，立即返回。
• 使用进程的组合：fork + exec + waitpid。

12. 实现一个 shell 命令解释器

• 实现类似 system 函数的功能。

./myshell
% ls
…
% pwd
..
% date
..
% ./xx
…

• buf 示例：

buf: l s \\n 0 0 0 0 …
strlen(buf) = 3
sizeof(buf) = 1024
buf[strlen(buf)-1] = '\\0'

13. 进程间通信

• IPC：Inter-Process Communication。
• 分类：
  • 管道：传递数据。
  • 信号：发通知。