fork函数、进程退出、进程等待(1)

简介: 在linux中fork函数时非常重要的函数,它从已存在进程中创建一个新进程。新进程为子进程,而原进程为父进程。

进程控制详解


进程创建


fork函数初识


在linux中fork函数时非常重要的函数,它从已存在进程中创建一个新进程。新进程为子进程,而原进程为父进程。


#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值:自进程中返回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:

  1. 分配新的内存块和内核数据结构给子进程
  2. 将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
  3. 添加子进程到系统进程列表当中
  4. fork返回,开始调度器调度
  5. image.png
  6. 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。但每个进程都将可以开始它们自己的旅程,看如下程序。
int main( void )
{
   pid_t pid;
   printf("Before: pid is %d\n", getpid());
   if ( (pid=fork()) == -1 )  perror("fork()"),exit(1);
   printf("After  :pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);
   sleep(1);
   return 0;
} 
运行结果:
[root@localhost linux]# ./a.out
Before: pid is 43676
After:pid is 43676, fork return 43677
After:pid is 43677, fork return 0
这里看到了三行输出,一行before,两行after。进程43676先打印before消息,然后它有打印after。另一个after消息有43677打印的。注意到进程43677没有打印before,为什么呢?如下图所示:

image.png

所以,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。

fork函数返回值

  1. 子进程返回0,
  2. 父进程返回的是子进程的pid。
  3. 失败返回 -1

写时拷贝

通常,父子代码共享,父子再不写入时,数据也是共享的,当任意一方试图写入,便以写时拷贝的方式各自一份副本。具体见下图:

image.png

注意:

 在进程创建中就是:子进程复制了父进程中的大部分的信息,因此子进程有自己的变量,但是自己的变量经过页表映射后与父进程访问的是同一块物理内存, 当这块内存空间中的数据即将要修改(不管是子进程发生改变还是父进程发生改变,都会给子进程创建一块新的空间),则给子进程重新开辟内存空间,并拷贝数据过去写时拷贝技术:主要是提升子进程创建效率,避免不必要的内存消耗。(意思就是一开始父子进程访问同一块物理内存,没有给子进程创建独立的物理内存空间,当有一方发生改变之后,会给子进程创建独立的物理内存,这样就防止了子进程创建之后没有使用导致的资源浪费)

 我们经常使用的malloc动态申请一块空间——其实只是先分配了 一个虚拟地址(物理内存并没有直接被开辟),当第一次要修改空间数据的时候才会被分配。


vfork函数 和 fork函数的简单区别


pid_ _t vfork(void)–创建一个子进程(在fork实现了写时拷贝技术之后,用的就很少了) ,创建一个子进程出来,父子进程共用同一个虚拟地址空间,“create a child process and block parent”——创建一个子进程并阻塞父进程,直到自己成exit退出,或程序替换之后,父进程再开始运行。

 fork创建子进程之后,父子进程谁先运行不一定, 看系统调度但是vfork创建子进程,一定是子进程先运行, 只有子进程退出或者程序替换之后父进程才会继续运行。

 父子进程共用同-一个虚拟地址空间,则意味着用的是同一个栈如果同时运行就会导致栈混乱,因此先阻塞父进程,直到子进程退出了(所有函数都出栈了)或者程序替换(意味着重新开辟了自己的地址空间,有了自己的栈),父进程才会运行

image.png

进程终止


进程退出场景


  1. 任务完美完成,正常退出
  2. 任务没有完成,正常退出
  3. 异常退出


进程常见退出方法


退出:(如何终止一个进程)

1 在main函数中return。             仅在main函数中使用是退出程序运行

 return是终止一个函数,并返回- -个数据; main函数是程序的入口函数, 入口函数一旦退出,程序运行就会终止。

2.库函数: void exit(int retval)          在任意位置调用,都可以退出程序运行

 系统调用接口是操作系统向.上层提供的用于访问内核的接口,功能相对都比较单一,大佬们针对典型场景。对系统调用接口进行封装,封装出了适用于典型场景库函数。

3.系统调用接口: void_ exit(int retval);       在任意位置调用,都可以退出程序运行

 exit和_ exit的区别在于退出程序运行前,是否会将缓冲区中的数据进行刷新写入文件中。

退出程序有多种方式,在合适的场景选择合适的方式进行即可。

正常终止(可以通过 echo $? 查看进程退出码):


  • 从main返回
  • 调用exit
  • _exit

异常退出:

-ctrl + c,信号终止

_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wait来获取该值

说明:虽然status是int,但是仅有低8位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时,在终端执行$?发现返回值 是255。


exit函数


#include <unistd.h>

void exit(int status);


exit最后也会调用_exit, 但在调用exit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
  3. 调用_exit

image.png

如以下代码示范:

int main()
{
   printf("hello");
   exit(0);
}
运行结果:
[root@localhost linux]# ./a.out
hello[root@localhost linux]#
int main()
{
   printf("hello");
   _exit(0);
}
运行结果:
[root@localhost linux]# ./a.out
[root@localhost linux]# 
这段代码就说明,使用exit函数会刷新缓冲区,而使用_exit的话就不会刷新缓冲区,
所以上述代码中_exit退出后不会进行打印。修改方法:在_exit的printf中加上“\n”即可。



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