Программирование для Linux. Профессиональный подход

 }
 return 0;
}

Скомпилируйте этот файл и запустите программу. Пока программа работает, перейдите в другое окно и просмотрите список процессов с помощью следующей команды:

% ps -е -o pid,ppid,stat,cmd

Эта команда отображает идентификатор самого процесса и его предка, а также статус процесса и его командную строку. Обратите внимание на присутствие двух процессов с именем zombie. Один из них — предок, другой — потомок. У последнего идентификатор родительского процесса равен идентификатору основного процесса zombie, при этом потомок обозначен как <defunct> (несуществующий), а его код состояния равен Z (т.е. zombie — зомби).

Итак, мы хотим узнать, что будет, когда программа zombie завершится, не вызвав функцию wait. Останется ли процесс-зомби? Нет — выполните команду ps и убедитесь в этом: оба процесса zombie исчезли. Дело в том, что после завершения программы управление ее дочерними процессами принимает на себя специальный процесс — демон init, который всегда работает, имея идентификатор 1 (это первый процесс, запускаемый при загрузке Linux). Демон init автоматически удаляет все унаследованные им дочерние процессы-зомби.

3.4.4. Асинхронное удаление дочерних процессов

Если дочерний процесс просто вызывает другую программу с помощью функции exec, то в родительском процессе можно сразу же вызвать функцию wait и пассивно дожидаться завершения потомка. Но очень часто нужно, чтобы родительский процесс продолжал выполняться одновременно с одним или несколькими своими потомками. Как в этом случае получать сигналы об их завершении?

Один подход заключается в периодическом вызове функции wait3 или wait4. Функция wait в данной ситуации не подходит, так как в случае отсутствия завершившегося дочернего процесса она заблокирует основную программу. А вот упомянутые две функции принимают дополнительный флаг WNOHANG, переводящий их в неблокируемый режим, в котором функция либо удаляет дочерний процесс, если он есть, либо просто завершается. В первом случае возвращается идентификатор процесса, во втором — 0.

Более элегантный подход состоит в асинхронном уведомлении родительского процесса о завершении потомка. Существуют разные способы сделать это, но проще всего воспользоваться сигналом SIGCHLD, посылаемым как раз тогда, когда завершается дочерний процесс. По умолчанию программа никак не реагирует на этот сигнал, поэтому раньше вы могли и не знать о его существовании.

Таким образом, нужно организовать удаление дочерних процессов в обработчике сигнала SIGCHLD. Естественно, код состояния удаляемого процесса следует сохранять в глобальной переменной, если эта информация необходима основной программе. В листинге 3.7 показана программа, в которой реализована данная методика.

Листинг 3.7. (sigchld.c) Удаление дочерних процессов в обработчике сигнала SIGCHLD

#include <signal.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

sig_atomic_t child_exit_status;

void clean_up_child_process(int signal_number) {
 /* Удаление дочернего процесса. */
 int status;
 wait(&status);
 /* Сохраняем статус потомка в глобальной переменной. */
 child_exit_status = status;
}

int main {
 /* Обрабатываем сигнал SIGCHLD, вызывая функцию
 clean_up_child_process. */
 struct sigaction sigchld_action;
 memset(&sigchld_action, 0, sizeof(sigchld_action));
 sigchld_action.sa_handler = &clean_up_child_process;
 sigaction(SIGCHLD, &sigchld_action, NULL);

/* Далее выполняются основные действия, включая порождение
 дочернего процесса. */
 /* ... */

 return 0;
}

Глава 4 Потоки

Потоки, как и процессы, — это механизм, позволяющий программам выполнять несколько действий одновременно. Потоки работают параллельно. Ядро Linux планирует их работу асинхронно, прерывая время от времени каждый из них, чтобы дать шанс остальным.

С концептуальной точки зрения поток существует внутри процесса, являясь более мелкой единицей управления программой. При вызове программы Linux создает для нее новый процесс, а в нем — единственный поток, последовательно выполняющий программный код. Этот поток может создавать дополнительные потоки. Все они находятся в одном процессе, выполняя ту же самую программу, но, возможно, в разных ее местах.

Мы уже знаем, как программа порождает дочерний процесс. Первоначально он находится в родительской программе, получая копии ее виртуальной памяти, дескрипторов файлов и т.п. Модификация содержимого памяти, закрытие файлов и другие подобные действия в дочернем процессе не влияют на работу родительского процесса и наоборот. С другой стороны, когда программа создает поток, ничего не копируется. Оба потока — старый и новый — имеют доступ к общему виртуальному пространству, общим дескрипторам файлов и другим системным ресурсам. Если, к примеру, один поток меняет значение переменной, это изменение отражается на другом потоке. Точно так же, когда один поток закрывает файл, второй поток теряет возможность работать с этим файлом. В связи с тем что процесс и все его потоки могут выполнять лишь одну программу одновременно, как только одни из потоков вызывает функцию семейства exec, все остальные потоки завершаются (естественно, новая программа может создавать собственные потоки).

В Linux реализована библиотека API-функций работы с потоками, соответствующая стандарту POSIX (она называется Pthreads). Все функции и типы данных библиотеки объявлены в файле <pthread.h>. Эти функции не входят в стандартную библиотеку языка С, поэтому при компоновке программы нужно указывать опцию – lpthread в командной строке.

4.1. Создание потока

Каждому потоку в процессе назначается собственный идентификатор. При ссылке на идентификаторы потоков в программах, написанных на языке С или C++, нужно использовать тип данных pthread_t.

После создания поток начинает выполнять потоковую функцию. Это самая обычная функция, которая содержит код потока. По завершении функции поток уничтожается. В Linux потоковые функции принимают единственный параметр типа void* и возвращают значение аналогичного типа. Этот параметр называется аргументом потока. Через него программы могут передавать данные потокам. Аналогичным образом через возвращаемое значение программы принимают данные от потоков.

Функция pthread_create создает новый поток. Ей передаются следующие параметры.

■ Указатель на переменную типа pthread_t, в которой сохраняется идентификатор нового потока.

■ Указатель на объект атрибутов потока. Этот объект определяет взаимодействие потока с остальной частью программы. Если задать его равным NULL, поток будет создан со стандартными атрибутами. Подробнее данная тема обсуждается в разделе 4.1.5, "Атрибуты потоков".