UNIX高级环境编程（11）进程控制（Process Control）- 进程快照，用户标识符，进程调度

1 进程快照（Process Accounting）

当一个进程终止时，内核会为该进程保存一些数据，包括命令的小部分二进制数据、CPU time、启动时间、用户Id和组Id。这样的过程称为process accounting，本篇译为进程快照。

函数acct可以打开或关闭进程快照功能。

负责记录快照的数据结构如下所示：

成员说明：

• ac_flag成员记录进程执行过程中的特定事件（稍后的表中会详细说明）；
• 进程创建时，初始化进程快照的数据在进程表（process table）中，但是只有在进程终止才会写进程快照。这样的机制导致了两个结果：
• 如果进程不终止，我们无法获取进程快照
• 进程快照文件的顺序依赖于进程终止的顺序，而不是进程被创建的顺序
• 进程快照对应一个进程，而不是程序。进程快照在进程被创建（fork）的时候被初始化，而不是程序被执行时，所以如果我们有一个程序链：A execs B, B execs C然后C退出，则只有一个进程快照被保存。命令的名字是程序的C决定，而CPU时间这类信息则是ABC的总和。

ac_flag不同的取值代表的事件含义如下表所示：

2  用户标识符（User Identification）

进程可以知道它的真实用户和组（real user ID and group ID），有效用户和组（effective user ID and group ID）。

然后有时候我们想知道运行程序的登录用户名。函数getpwuid可以实现。

函数声明：

#include <unistd.h>

char* getlogin(void);

        // Returns: pointer to string giving login name if OK, NULL on error

函数细节：

• 如果进程并没有和一个终端关联，即没有一个登录用户，则该函数失败，不和终端关联的进程被称为daemon
• 有了登录用户名，我们可以在password文件中找到该用户，然后确定登录终端，例如使用getpwnam函数。

3 进程调度（Process Scheduling）

nice值决定了进程的运行优先级。

取值范围：0 ~ (2 * NZERO -1)

nice值越低，优先级越高。

意思就是：进程越好，进程的优先级越高。

nice值的默认值为NZERO。

函数nice可以获取并修改nice值。

进程调用nice函数只能修改它自己的nice值。

函数声明：

#include <unistd.h>

int nice(int incr);

    // Returns: new nice value - NZERO if OK, -1 on error

函数说明：

• 函数的作用是将当前进程的nice值加上参数incr作为新的nice值。
• 如果incr的值太大，则系统会自动将结果调整为最大的有效值；
• 如果incr的值太小，则系统会自动将结果调整为最小的有效值，即-1。
• 因为-1是一个合法的返回值，所以判断nice函数是否成功调用需要同时判断函数返回值和errno。在调用nice函数之前将errno清0。如果返回值为-1，errno为0.则调用成功，如果返回值和errno都为-1，则调用失败。

函数getpriority可以用来获取一个进程的nice值。

函数声明：

#include <sys/resource.h>

int getpriority(int which , id_t who);

    // Returns: nice value between -NZERO和NZERO-1之间 if OK, -1 on error

 参数说明：

which：有三个可取值：PRIO_PROCESS表明是一个进程，PRIO_PGRP表明是一个进程组，PRIO_USER表明目标是一个用户。

which参数的作用是控制who的含义，以及who参数如何选择进程。

如果who取值为0，则函数返回当前调用进程、进程组或用户的nice值。

如果which取值为PRIO_USER，who取值0，则返回当前进程的真实用户ID（real user Id）。

如果which取值为PRIO_GROUP，则返回所有进程中priority最高，即nice值最低的进程的nice值。

设置nice值使用函数setpriority。

函数声明：

 #include <sys/resource.h>

int setpriority(int which, id_t who, int value);

 参数的作用和getpriority相同。

value的值被加到nice默认值NZERO上，设置该值为新的nice值。

4 进程时间（Process Times）

进程时间包括：墙上时间（wall clock tie）,用户CPU时间（user CPU time）,内核CPU时间（system CPU time）.

函数times可以获取这三种时间。

函数声明：

#include <sys/times.h>

clock_t times(struct tms *buf);

函数细节：

函数会向结构体struct tms类型的变量中填充上面的三个时间，struct tms结构体的声明如下：

墙上时间为该函数的返回值。墙上时间为从过去某个时间点到现在的时间，所以不能直接作为时间来使用。

大多情况下，我们可以通过times的返回值来计算相对时间，例如，在进程开始和结束时分别调用times函数，然后相减来计算进程的运行时间。

两个子进程时间变量用来保存父进程调用wait函数等待子进程退出的时间。

Example

程序功能：执行命令行传入的命令，计算每个命令执行的时间，并打印结构体tms中的成员值。

code

#include "apue.h"

#include <sys/times.h>

static void pr_times(clock_t, struct tms *, struct tms *);

staticvoid do_cmd(char *);

int      

main(int argc, char *argv[])

{

    int     i;

    setbuf(stdout, NULL);

    for (i = 1; i < argc; i++)

        do_cmd(argv[i]);    /* once for each command-line arg */

    exit(0); 

}

staticvoid 

do_cmd(char *cmd)       /* execute and time the "cmd" */

{   

    struct tms  tmsstart, tmsend;

    clock_t     start, end;

    int         status;

    printf("\ncommand: %s\n", cmd);

    if ((start = times(&tmsstart)) == -1)   /* starting values */

        err_sys("times error");

    if ((status = system(cmd)) < 0)         /* execute command */

        err_sys("system() error");

    if ((end = times(&tmsend)) == -1)       /* ending values */

        err_sys("times error");

    pr_times(end-start, &tmsstart, &tmsend);

    pr_exit(status);

}

staticvoid

pr_times(clock_t real, struct tms *tmsstart, struct tms *tmsend)

{

    static long     clktck = 0;

    if (clktck == 0)    /* fetch clock ticks per second first time */

        if ((clktck = sysconf(_SC_CLK_TCK)) < 0)

            err_sys("sysconf error");

    printf("  real:  %7.2f\n", real / (double) clktck);

    printf("  user:  %7.2f\n",

      (tmsend->tms_utime - tmsstart->tms_utime) / (double) clktck);

    printf("  sys:   %7.2f\n",

      (tmsend->tms_stime - tmsstart->tms_stime) / (double) clktck);

    printf("  child user:  %7.2f\n",

      (tmsend->tms_cutime - tmsstart->tms_cutime) / (double) clktck);

    printf("  child sys:   %7.2f\n",

      (tmsend->tms_cstime - tmsstart->tms_cstime) / (double) clktck);

}

小结

进程控制章节介绍了以下内容：

• fork
• exec
• _exit
• wait和waitpid
• system
• 解释器文件（interpreter files）和他们的工作原理
• 进程时间

下一章我们将会学习到进程关系（process relationship），关键字：sessions，job control。

参考资料：

《Advanced Programming in the UNIX Envinronment 3rd》