Linux - 进程控制（上篇）- 进程创建和进程终止

进程控制

进程创建

对于进程的创建，你肯定知道，在 C/C++ 当中使用 fork（）函数，以当前可执行程序生成的进程为父进程，创建这个父进程的一个子进程，这个子进程就是一个新的进程。

如上图所示：刚开始创建出子进程之时，甚至父子进程的页表，数据和代码都可以是共用的，当子进程有修改操作之时，才会发生写时拷贝，拷贝子进程修改之后需要有用到的数据。

当父进程执行到 fork（）函数之时，就会在内核当中去找到 fork（）函数定义，调用 fork（）函数创建子进程，此后，就从fork（）函数之后，父子进程就会各自执行，开始各自的“旅程”。

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。

当然，fork（）函数创建进程是有创建失败的情况的，比如系统当中进程数太多，内存爆满，或者是实际用户的进程使用数超过了限制，都是可能会导致 fork（）函数创建进程失败的。

除了可是使用 if-else 语句来判断当前是什么进程，把父进程和子进程用来执行不同的代码块之外，你还可以用循环来批量化创建多个进程：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

#define N 5

int main()
{
	int i = 0;
	for (int i = 0; i < N; i++)
	{
		int fork_ret = fork();
		if (fork_ret == 0)
		{
			// 某一个子进程
			printf("child : PID: %d , PPID: %d\n", getpid(), getppid());
			exit(0);// 子进程执行完上述的代码就终止
		}
	}

	return 0;
}

这个写时拷贝不仅仅只是子进程会进行写时拷贝，父进程同样会进行写时拷贝，父子进程谁先写，谁就先进行写时拷贝。

如上所示，不管原本的父进程对应的页表项是什么访问权限，就算是可读可写，在最后都会修改成只读，会把全部可写的区域，全部改成只读，所以，子进程继承下来也是只读的。

所以，在此之后，不管是哪一个进程想在某一个区域当中的写的话，都与触发权限方面的问题，此时，操作系统识别到了，是不会进行异常处理的，反而是做写时拷贝的处理，是谁想修改的，就新开辟空间，拷贝一份数据，给这个进程使用。然后，再把两个进程对应的页表项的访问权限标签标成可读的。

而，写时拷贝本质上就是用一种，延迟申请，按需申请，不要盲目的给子进程，直接拷贝一份，开辟一个和父进程一样大的空间，给子进程使用，如果父进行当中有100个数据，但是子进程只用修改一个数据，父进程也不修改数据的话，那么很大部分的子进程的空间就浪费了，因为这些不用修改数据，完全可以和父进程共同使用。所以，才要写时拷贝，需要的时候，再去拷贝数据，开辟新的空间。

进程终止

在上述用循环来创建多个进程这个例子当中，我们想提前终止掉子进程的运行，所以我们在函数体当中就使用 exit（）这个函数来终止掉这个子进程：

要讨论上述的 exit （）函数之前我们先来讨论一下，为什么我们使用 main（），总是喜欢 return 0 呢？那么 return 其他的数可以吗，比如：return 1 ？

进程终止无外乎就三种终止的情况：

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；

如果是前两种情况，结果正确的情况，我们是不关心的，我们最关心的是结果为什么是不正确的。如果结果是不正确的，那么我们对程序的返回结果做分析。

所以，其实 return 0 是进程的退出码，这个退出码表示进程的运行结果是否正确，我们一般用 0->sucess 。0 是我们默认的程序程序运行的退出码，其他程序员也是这样认为的，如果这个程序返回的是0 ，不仅仅是告诉写这个程序的人，这个程序执行成功了，也告诉其他程序员，这个程序是正常退出的。

同时，main（）函数的返回值，返回给谁了？为什么要返回这个值？

上述所说的 return 0 ，这个退出码，返回给谁了呢？其实这个退出码，会被这个进程的父进程所拿到，对应到我们日常在使用命令行来运行程序的话，就是被 bash 所拿到。

我们可以在命令行使用 echo $? 命令来查看到最近一个 bash 的子进程的退出码是多少：

之所以父进程要接收子进程的程序退出码，是因为，一般而言，某一个进程的父进程是要关心子进程的运行情况的。

如果子进程返回的是0，那么说明这个程序运行是正确的，父进程知道了子进程返回的是 0 的退出码，他也就放心了，因为子进程运行结果是正确的。

父进程最关心的是子进程的退出码不是 0 的情况，也就对应程序运行结果不正确的情况；所以，我们可以用 return 不同的数字，来表示不同错误原因。

用这种方式来告知使用这个程序的用户，这个程序出没出错，或者出错了，出的是什么错误；因为一个程序是不一定一定要在屏幕上打印什么内容的，肯定是有程序是没有打印内存的这个需求的，那么在这种没有任何打印来提示错误的程序当中，要想知道这个程序是否出错的话，使用程序退出码来表示是最好的。

所以，我们之前在写代码，直接“无脑写” return 0 其实是不太正确的，因为，如果整个程序的运行环境是在多个进程同时运行的环境下，而且这些进程都互相之间有一定关联，或者整个程序就是在各自运行，没有任何的反馈，我们是不知道这个程序到底出没有出错的。

而且，退出码是一个一个的数字，他是比较适合让计算机去看的，不然的话，这个程序退出码是1 表示内存出错，2 表示数组越界····· 这些报错的退出码，人是不可能每一个都记住的，我们需要去查文档等等的文献来知道，当前程序的退出码表示的是什么意思。

这是一种机械化的操作，不就是查文档吗？那么交给计算机去做不就行了，所以，返回这些不同的退出码，本质上也就是返回一些代表着不同报错信息的数字，这些数字是给计算机去看的。

当计算机查到当前程序的退出码对应的错误信息，计算机就可以把这个退出码，转换成对应的错误信息的字符串，让我们知道这个程序当中是出现了什么错误。

在 Linux 当中，string.h 这个头文件当中有一个 strerror（）这个函数接口，这个函数就可以传入一个退出码，把这个退出码对应的报错信息，转换成字符串的形式作为这个函数的返回值：

所以，我们可以简单的使用这个函数来打印一些退出码代表的错误信息来查看：

输出：

所以，我们在日常当中，使用各个指令，使用错误的时候，就会报一些错误：

这些错误信息就可以对应得上了。所以，错误码和错误码对应的描述是有对应关系的。

而，父进程之所以要关心这个子进程的这个程序的退出码，其实就是把报错信息打印出来，做一个收集工作。

其实父进程就是一个工具人，一个跑腿的，真正关心这个子进程的结果对不对的，是使用这个程序的用户，用户才是最关心这个程序的执行结果是不是正确的。

用户根据父进程接收到的，打印在外设当中的错误信息，根据这个错误信息，用户才能更好的使用这个软件。

就像刚刚我们在使用 ls 查看某一个目录的时候，报错了，因为我们输入的文件在当前目录是不存在的，所以它报错“找不到这个文件”。然后，我就去查看当前目录，发现确实没有这个文件，所以用户就去看，区查找它想要访问的文件在哪里，从而正确的使用 ls 这个命令。

由此可见，使用这种方式，用户可以知道是自己使用错了，还是程序的实现出错了。这一切都是为用户服务。

所以，一个进程运行得怎么样，用户如何知道，靠的就是父进程收集这个子进程的退出码，退出信息，转交给用户，用户才知道这个子进程是否运行成功。

所以，一个代码成功运行之后，返回的结果正不正确，统一采用进程的退出码来判定；而这个退出码就是 main（）函数的返回值。

自己设置错误码信息

系统当中给的错误码是参考的，你想用就可以用，不想用自己写一套错误码体系也是可以的。

而且实现也是非常的简单，只需要定义一个保存错误码信息的全局字符串数组即可。这个字符串数组每一个元素是一个字符串，那么这个数组的下标代表的就是每一个字符串代表的错误信息描述所对应的错误码：

C语言当中的 errno 全局变量

与上述的退出码类似的，在 C 语言当中会有一个 errno 的全局变量：

这个全局变量保存的是，最近一次执行的错误码。是什么执行的错误码呢？

在 C 当中有很多的库函数，但是我们调用库函数不是每一次都会调用成功的，比如 malloc ，realloc， fopen 这些函数，都是可能会调用失败的，当我们调用失败，这函数可能会返回 -1 或者是 NULL 的返回值。

像上述，如果我们只看这个函数的返回值的话，就只能知道这个函数究竟有没有调用成功；但是对于调用失败的情况，我们通过函数返回值只能知道当前函数调用失败了，但是具体，为什么失败，是什么原因导致的，这个函数的返回值是不能体现的。

所以，一旦我们使用 C 当中的库函数，调用失败了，那么，就会把这个 errno 全局变量设置为对应的数字，这里的每一个数字，和上述说过的程序的退出码一样，是要各自的含义的。就是我们想要知道的为什么会报错的。

我们把这个数字称之为 错误码。

但是，不排除当前情况下有多个函数都报错的情况，比如：第一个函数报错了，errno 就被更新为这个函数的报错信息了；但是当第二个报错函数出现的时候， errno 是会继续更新的。会被最新一个报错的函数的错误码覆盖。

所以，如果你想知道某一个C/C++ 程序当中，如果出错了，出错原因是什么，那么可以直接返回这个 errno 全局变量：

像上述的情况，就是，不仅仅可以通过 p 变量知道当前 malloc 函数是否调用成功吗，还可以通过 ret 变量接受的 errno 的值，知道错误码是多少，然后通过main（）函数返回这个错误码给父进程，父进程在转交给用户，那么用户就可以知道具体是什么原因发生的错误了。

代码异常终止的情况

代码如果出现异常终止了，那么这个代码可能就是 没有跑完（没有执行完毕）就被操作系统直接干掉了。

如果代码没有跑完，程序直接退出了，那么根本就没有执行main（）函数最后一条语句（return 返回退出码），最后一步是没有执行的。

所以，退出码在此处是不是没有意义呢？

是的，退出码在此处是没用了；

就算你执意认为，就算发生异常，但是没有及时捕获，还是执行到了最后的return语句。但是，这个退出码你敢用码？程序发生异常可能在任何位置，任何时候都可能会发生异常，那么最后返回的这个错误码一定是正确的吗？不一定吧。

就好比的是，你考试作弊考了90 分，回去你更你爸爸说，你考试考90 分，但是要被请家长，你爸爸问你为什么要被请家长，你说，在考试过程当中“发生了异常”，考试作弊比发现了；像这个例子，虽然最后你跟你爸爸说了你考试考了90 分（相当于return 90），但是是作弊的，程序是异常退出的，你可以在考试期间作弊，也可以在考试最后作弊，但是不管在那个时候作弊，就是作弊了，那么你爸爸会相信你考的90分吗？

所以，当一个进程以异常退出的方式结束的话，程序的退出码就没有意义了，我们也就不关心这个退出码了。