进程操作
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进程作为程序真正发挥作用时的“形态”，我们有必要对它的一些相关操作非常熟悉，这一节主要描述进程相关的概念和操作，将介绍包括程序、进程、作业等基本概念以及进程状态查询、进程通信等相关的操作。
程序是指令的集合，而进程则是程序执行的基本单元。为了让程序完成它的工作，必须让程序运行起来成为进程，进而利用处理器资源、内存资源，进行各种 I/O 操作，从而完成某项特定工作。
从这个意思上说，程序是静态的，而进程则是动态的。
进程有区别于程序的地方还有：进程除了包含程序文件中的指令数据以外，还需要在内核中有一个数据结构用以存放特定进程的相关属性，以便内核更好地管理和调度进程，从而完成多进程协作的任务。因此，从这个意义上可以说“高于”程序，超出了程序指令本身。
如果进行过多进程程序的开发，又会发现，一个程序可能创建多个进程，通过多个进程的交互完成任务。在 Linux 下，多进程的创建通常是通过 fork 系统调用来实现。从这个意义上来说程序则”包含”了进程。
另外一个需要明确的是，程序可以由多种不同程序语言描述，包括 C 语言程序、汇编语言程序和最后编译产生的机器指令等。
下面简单讨论 Linux 下面如何通过 Shell 进行进程的相关操作。
通常在命令行键入某个程序文件名以后，一个进程就被创建了。例如，
用pidof可以查看指定程序名的进程ID：
程序被执行后，就被加载到内存中，成为了一个进程。上面显示了该进程的内存映像（虚拟内存），包括程序指令、数据，以及一些用于存放程序命令行参数、环境变量的栈空间，用于动态内存申请的堆空间都被分配好。
关于程序在命令行执行过程的细节，请参考《Linux 命令行下程序执行的一刹那》。
实际上，创建一个进程，也就是说让程序运行，还有其他的办法，比如，通过一些配置让系统启动时自动启动程序（具体参考 man init），或者是通过配置 crond （或者 at）让它定时启动程序。除此之外，还有一个方式，那就是编写 Shell 脚本，把程序写入一个脚本文件，当执行脚本文件时，文件中的程序将被执行而成为进程。这些方式的细节就不介绍，下面了解如何查看进程的属性。
需要补充一点的是：在命令行下执行程序，可以通过 ulimit 内置命令来设置进程可以利用的资源，比如进程可以打开的最大文件描述符个数，最大的栈空间，虚拟内存空间等。具体用法见 help ulimit 。
可以通过 ps 命令查看进程相关属性和状态，这些信息包括进程所属用户，进程对应的程序，进程对 cpu 和内存的使用情况等信息。熟悉如何查看它们有助于进行相关的统计分析等操作。
查看系统当前所有进程的属性：
查看命令中包含某字符的程序对应的进程，进程 ID 是 1 。 TTY 为？表示和终端没有关联：
选择某个特定用户启动的进程：
按照指定格式输出指定内容，下面输出命令名和 cpu 使用率：
打印 cpu 使用率最高的前 4 个程序：
获取使用虚拟内存最大的 5 个进程：
系统所有进程之间都有“亲缘”关系，可以通过 pstree 查看这种关系：
上面会打印系统进程调用树，可以非常清楚地看到当前系统中所有活动进程之间的调用关系。
该命令最大特点是可以动态地查看进程信息，当然，它还提供了一些其他的参数，比如 -S 可以按照累计执行时间的大小排序查看，也可以通过 -u 查看指定用户启动的进程等。
补充： top 命令支持交互式，比如它支持 u 命令显示用户的所有进程，支持通过 k 命令杀掉某个进程；如果使用 -n 1 选项可以启用批处理模式，具体用法为：
下面来讨论一个有趣的问题：如何让一个程序在同一时间只有一个在运行。
这意味着当一个程序正在被执行时，它将不能再被启动。那该怎么做呢？
假如一份相同的程序被复制成了很多份，并且具有不同的文件名被放在不同的位置，这个将比较糟糕，所以考虑最简单的情况，那就是这份程序在整个系统上是唯一的，而且名字也是唯一的。这样的话，有哪些办法来回答上面的问题呢？
总的机理是：在程序开头检查自己有没有执行，如果执行了则停止否则继续执行后续代码。
策略则是多样的，由于前面的假设已经保证程序文件名和代码的唯一性，所以通过 ps 命令找出当前所有进程对应的程序名，逐个与自己的程序名比较，如果已经有，那么说明自己已经运行了。
每次运行时先在指定位置检查是否存在一个保存自己进程 ID 的文件，如果不存在，那么继续执行，如果存在，那么查看该进程 ID 是否正在运行，如果在，那么退出，否则往该文件重新写入新的进程 ID，并继续。
更多实现策略自己尽情发挥吧！
在保证每个进程都能够顺利执行外，为了让某些任务优先完成，那么系统在进行进程调度时就会采用一定的调度办法，比如常见的有按照优先级的时间片轮转的调度算法。这种情况下，可以通过 renice 调整正在运行的程序的优先级，例如：`
既然可以通过命令行执行程序，创建进程，那么也有办法结束它。可以通过 kill 命令给用户自己启动的进程发送某个信号让进程终止，当然“万能”的 root 几乎可以 kill 所有进程（除了 init 之外）。例如，
kill 命令默认会发送终止信号（ SIGTERM ）给程序，让程序退出，但是 kill 还可以发送其他信号，这些信号的定义可以通过 man 7 signal 查看到，也可以通过 kill -l 列出来。
例如，用 kill 命令发送 SIGSTOP 信号给某个程序，让它暂停，然后发送 SIGCONT 信号让它继续运行。
可见 kill 命令提供了非常好的功能，不过它只能根据进程的 ID 或者作业来控制进程，而 pkill 和 killall 提供了更多选择，它们扩展了通过程序名甚至是进程的用户名来控制进程的方法。更多用法请参考它们的手册。
当程序退出后，如何判断这个程序是正常退出还是异常退出呢？还记得 Linux 下，那个经典 hello world 程序吗？在代码的最后总是有条 return 0 语句。这个 return 0 实际上是让程序员来检查进程是否正常退出的。如果进程返回了一个其他的数值，那么可以肯定地说这个进程异常退出了，因为它都没有执行到 return 0 这条语句就退出了。
那怎么检查进程退出的状态，即那个返回的数值呢？
在 Shell 中，可以检查这个特殊的变量 $?，它存放了上一条命令执行后的退出状态。
貌似返回 0 成为了一个潜规则，虽然没有标准明确规定，不过当程序正常返回时，总是可以从 $? 中检测到 0，但是异常时，总是检测到一个非 0 值。这就告诉我们在程序的最后最好是跟上一个 exit 0 以便任何人都可以通过检测 $? 确定程序是否正常结束。如果有一天，有人偶尔用到你的程序，试图检查它的退出状态，而你却在程序的末尾莫名地返回了一个 -1 或者 1，那么他将会很苦恼，会怀疑他自己编写的程序到底哪个地方出了问题，检查半天却不知所措，因为他太信任你了，竟然从头至尾都没有怀疑你的编程习惯可能会与众不同！
为便于设计和实现，通常一个大型的任务都被划分成较小的模块。不同模块之间启动后成为进程，它们之间如何通信以便交互数据，协同工作呢？在《UNIX 环境高级编程》一书中提到很多方法，诸如管道（无名管道和有名管道）、信号（signal）、报文（Message）队列（消息队列）、共享内存（mmap/munmap）、信号量（semaphore，主要是同步用，进程之间，进程的不同线程之间）、套接口（Socket，支持不同机器之间的进程通信）等，而在 Shell 中，通常直接用到的就有管道和信号等。下面主要介绍管道和信号机制在 Shell 编程时的一些用法。
在 Linux 下，可以通过 | 连接两个程序，这样就可以用它来连接后一个程序的输入和前一个程序的输出，因此被形象地叫做个管道。在 C 语言中，创建无名管道非常简单方便，用 pipe 函数，传入一个具有两个元素的 int 型的数组就可以。这个数组实际上保存的是两个文件描述符，父进程往第一个文件描述符里头写入东西后，子进程可以从第一个文件描述符中读出来。
如果用多了命令行，这个管子 | 应该会经常用。比如上面有个演示把 ps 命令的输出作为 grep 命令的输入：
也许会觉得这个“管子”好有魔法，竟然真地能够链接两个程序的输入和输出，它们到底是怎么实现的呢？实际上当输入这样一组命令时，当前 Shell 会进行适当的解析，把前面一个进程的输出关联到管道的输出文件描述符，把后面一个进程的输入关联到管道的输入文件描述符，这个关联过程通过输入输出重定向函数 dup （或者 fcntl ）来实现。
有名管道实际上是一个文件（无名管道也像一个文件，虽然关系到两个文件描述符，不过只能一边读另外一边写），不过这个文件比较特别，操作时要满足先进先出，而且，如果试图读一个没有内容的有名管道，那么就会被阻塞，同样地，如果试图往一个有名管道里写东西，而当前没有程序试图读它，也会被阻塞。下面看看效果。
这里的 echo 和 cat 是两个不同的程序，在这种情况下，通过 echo 和 cat 启动的两个进程之间并没有父子关系。不过它们依然可以通过有名管道通信。
这样一种通信方式非常适合某些特定情况：例如有这样一个架构，这个架构由两个应用程序构成，其中一个通过循环不断读取 fifo_test 中的内容，以便判断，它下一步要做什么。如果这个管道没有内容，那么它就会被阻塞在那里，而不会因死循环而耗费资源，另外一个则作为一个控制程序不断地往 fifo_test 中写入一些控制信息，以便告诉之前的那个程序该做什么。下面写一个非常简单的例子。可以设计一些控制码，然后控制程序不断地往 fifo_test 里头写入，然后应用程序根据这些控制码完成不同的动作。当然，也可以往 fifo_test 传入除控制码外的其他数据。
应用程序的代码
控制程序的代码
一个程序通过管道控制另外一个程序的工作
这样一种应用架构非常适合本地的多程序任务设计，如果结合 web cgi，那么也将适合远程控制的要求。引入 web cgi 的唯一改变是，要把控制程序 ./control.sh 放到 web 的 cgi 目录下，并对它作一些修改，以使它符合 CGI 的规范，这些规范包括文档输出格式的表示（在文件开头需要输出 content-tpye: text/html 以及一个空白行）和输入参数的获取 (web 输入参数都存放在 QUERY_STRING 环境变量里头）。因此一个非常简单的 CGI 控制程序可以写成这样：
在实际使用时，请确保 control.sh 能够访问到 fifo_test 管道，并且有写权限，以便通过浏览器控制 app.sh ：
问号 ? 后面的内容即 QUERY_STRING，类似之前的 $1 。
这样一种应用对于远程控制，特别是嵌入式系统的远程控制很有实际意义。在去年的暑期课程上，我们就通过这样一种方式来实现马达的远程控制。首先，实现了一个简单的应用程序以便控制马达的转动，包括转速，方向等的控制。为了实现远程控制，我们设计了一些控制码，以便控制马达转动相关的不同属性。
在 C 语言中，如果要使用有名管道，和 Shell 类似，只不过在读写数据时用 read，write 调用，在创建 fifo 时用 mkfifo 函数调用。
信号是软件中断，Linux 用户可以通过 kill 命令给某个进程发送一个特定的信号，也可以通过键盘发送一些信号，比如 CTRL+C 可能触发 SGIINT 信号，而 CTRL+\ 可能触发 SGIQUIT 信号等，除此之外，内核在某些情况下也会给进程发送信号，比如在访问内存越界时产生 SGISEGV 信号，当然，进程本身也可以通过 kill，raise 等函数给自己发送信号。对于 Linux 下支持的信号类型，大家可以通过 man 7 signal 或者 kill -l 查看到相关列表和说明。
对于有些信号，进程会有默认的响应动作，而有些信号，进程可能直接会忽略，当然，用户还可以对某些信号设定专门的处理函数。在 Shell 中，可以通过 trap 命令（Shell 内置命令）来设定响应某个信号的动作（某个命令或者定义的某个函数），而在 C 语言中可以通过 signal 调用注册某个信号的处理函数。这里仅仅演示 trap 命令的用法。
类似地，如果设定信号 0 的响应动作，那么就可以用 trap 来模拟 C 语言程序中的 atexit 程序终止函数的登记，即通过 trap signal_handler SIGQUIT 设定的 signal_handler 函数将在程序退出时执行。信号 0 是一个特别的信号，在 POSIX.1 中把信号编号 0 定义为空信号，这常被用来确定一个特定进程是否仍旧存在。当一个程序退出时会触发该信号。
当我们为完成一些复杂的任务而将多个命令通过 |,\>,<, ;, (,) 等组合在一起时，通常这个命令序列会启动多个进程，它们间通过管道等进行通信。而有时在执行一个任务的同时，还有其他的任务需要处理，那么就经常会在命令序列的最后加上一个&，或者在执行命令后，按下 CTRL+Z 让前一个命令暂停。以便做其他的任务。等做完其他一些任务以后，再通过 fg 命令把后台任务切换到前台。这样一种控制过程通常被成为作业控制，而那些命令序列则被成为作业，这个作业可能涉及一个或者多个程序，一个或者多个进程。下面演示一下几个常用的作业控制操作。
使用 Shell 内置命令 fg 把作业 1 调到前台运行，然后按下 CTRL+Z 让该进程暂停
不过，要在命令行下使用作业控制，需要当前 Shell，内核终端驱动等对作业控制支持才行。
《UNIX 环境高级编程》
