【Linux】进程控制

进程控制

1. 进程创建

1.1 fork函数初始

fork函数从已经存在的进程中创建一个新的进程。新进程称为子进程，而原进程称为父进程

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值：子进程中返回0， 父进程返回子进程id，出错返回-1

进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：

• 分配新的内存块和内核数据结构给子进程
• 将父进程部分数据结构内容拷贝给子进程
• 添加子进程到系统进程列表当中

• fork返回，开始调度器调度

当一个进程调用fork之后，就有两个二进制代码相同的进程。而且它们都运行到相同的地方。但每个进程都可以有自己做的活

如下代码：

输出结果如下：

这里看到三行输出，进程30170先打印before消息，然后打印after。另一个after由30171打印的。这里的30171没有打印before？为神马？

主要是因为fork之前父进程独立执行，fork之后，父子两个执行流分别执行。

注意：fork之后谁先执行完全由调度器决定

1.2 fork函数返回值

• 子进程返回0
• 父进程返回子进程的pid

1.3 写时拷贝

父子代码共享，数据也是共享的，当任意一方试图写入，就通过写时拷贝的方式各自一份副本

1.4 fork常规用法

• 一个进程希望复制自己，使子进程同时执行不同的代码段
• 一个进程要执行不同的程序

1.5 fork调用失败的原因

• 系统中有太多的进程
• 实际用户的进程超过了限制

2. 进程终止

• 代码运行完毕，结果正确

• 代码运行完毕，结果不正确
• 代码异常终止

2.1 进程常见的退出方法

正常终止，可以通过查看退出码echo $?查看进程退出码

1. 从main返回
2. 调用exit
3. _exit

异常退出：

ctrl + c信号异常终止

2.1.1 _exit函数

#include <unistd.h>
void _exit(int status);
参数：status定义了进程的终止状态，父进程通过等待来获取该值

虽然status是int，但是又有低8位可以被父进程调用。所以_exit(-1)时， 在终端查看返回值是255

2.1.2 exit函数

#include <unistd.h>
void exit(int status);

exit函数最后也会调用_exit，但是在调用该函数之前，还做了其他工作

1. 执行用户通过atexit或on_exit定义的清理函数
2. 关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入

1. 调用_exit

return退出

return是一种常见的退出进程的方法。执行return n等同于执行exit(n)因为调用main的运行时函数会将main的返回值当做exit的参数

3. 进程等待

进程等待的必要性

• 子进程如果退出，父进程不管不顾，就可能造成僵尸进程的问题造成内存泄漏
• 进程一旦变成僵尸进程，谁也没办法杀死一个死去的进程

• 父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道
• 父进程通过进程等待的方式，回收子进程资源，获取子进程退出信息

3.1 进程等待的方法

wait方法

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
返回值：
    成功返回等待进程的pid，失败返回-1
参数：
    输出型参数，获取子进程退出状态，不关心可以设置成NULL

waitpid方法

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
返回值：
    当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的ID
    如果设置了选项WONHANG，而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可以收集，返回0
    如果调用中出现了错误，返回-1， 这是errno会被设置成相应的值以指示错误所在
参数：
    pid：
            pid = -1: 等待一个子进程。与wait效果相同
            pid > 0: 等待其他进程ID与pid相等的子进程
   status：
            若为正常终止子进程返回的状态，则为真（查看进程是否正常退出）
            若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）

• 如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时， wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退出信息
• 如果在任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞
• 如果不存在该子进程，则立即出错返回

3.2 获取子进程status

• wait/waitpid ，都有一个status参数，这个参数是一个输出型参数，由操作系统填充
• 如果传递NULL， 则表示不关心子进程的退出状态信息
• 否则，操作系统会根据改参数，将子进程的退出信息返回给父进程

• status不能简单的当成整形来看待，可以当做位图来看待

4. 进程的程序替换

替换原理

用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序（但有可能执行不同的代码分支），子进程要调用一种exec函数以执行另一个进程。当进程调用一种exec函数，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动历程开始执行。调用exec函数并不创建新进程，所以调用前后进程的id没有改变

4.1 替换函数

有六种以exec开头的函数，统称exec函数

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[])

execl函数

execlp函数

execle函数

execv函数

execvp函数

execve函数

函数解释

• 这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回
• 如果调用错误返回-1
• 所以exec函数只有出错的返回值，没有成功的返回值

命名理解

• l（list）：表示参数采用列表
• v（vector）：表示参数采用数组

• p（path）：有P自动搜索环境变量PATH
• e（env）： 表示自己维护环境变量

exec调用如下：

事实上，只有execve才是真正的系统调用，其他5个函数最终都调用execve

5. 函数和进程的相似性

一个C程序有很多函数组成。一个函数可以调用另一个函数，同时传递一些参数给他。被调用的函数执行一定的操作，然后返回一个值。每个函数都有自己的局部变量，不同的是函数通过call/return系统进行通信。

这种通过参数和返回值在拥有私有数据的函数间的通信的模式是结构化程序设计的基础

一个C程序可以fork/exec另一个程序，并传递给他一些参数。这个被调用的函数执行一定的操作，然后通过exit(n)来返回值