Linux进程控制：进程创建与等待

news2024/11/15 7:03:00

目录

一、fork函数

1.1fork函数的调用与功能

 1.2fork函数的返回值与写实拷贝

1.3fork的常规用法与失败原因

二、进程终止

2.1进程的退出场景和常见退出方法

2.2_exit函数与exit函数

2.2.1_exit函数

2.2.2exit函数

2.3return退出

三、进程等待

3.1wait及waitpid的方法

3.2获取子进程status

四、xshell实操

4.1阻塞等待方式

4.2非阻塞等待方式

一、fork函数

1.1fork函数的调用与功能

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
int main()
{
	pid_t pid;
	printf("Before: pid is %d\n", getpid());

	return 0;
}
1.进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：
2.分配新的内存块和内核数据结构给子进程。
3.将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程。
4.添加子进程到系统进程列表当中。
5.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;
}

//XShell下运行结果：
//[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：
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。

 1.2fork函数的返回值与写实拷贝

一、子进程返回0，
二、父进程返回的是子进程的pid。
三、写诗拷贝：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:

1.3fork的常规用法与失败原因

常规用法：

1.一个父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段。例如，父进程等待客户端请求，生成子进程来处理请求。
2.一个进程要执行一个不同的程序。例如子进程从fork返回后，调用exec函数。
例如在使用xshell时的shell，用户每输入一条指令shell就会执行一条并在屏幕上进行打印，但执行完一条以后shell会停滞等待用户输入下一条指令，而不会直接结束进程，此处就用到了父子进程。
失败原因：
1.系统中有太多的进程。
2.实际用户的进程数超过了限制。

二、进程终止

2.1进程的退出场景和常见退出方法

退出场景：

1.代码运行完毕，结果正确。
2.代码运行完毕，结果不正确。
3.代码异常终止。
常见退出方法：
一、正常终止(可以通过 echo $? 查看进程退出码):
1. 从main返回
2. 调用exit
3. _exit
二、异常退出：
ctrl + c，信号终止

2.2_exit函数与exit函数

2.2.1_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。

2.2.2exit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。

实例演示 ：

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

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]#

2.3return退出

return是一种更常见的退出进程方法。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。

三、进程等待

子进程退出，父进程如果不管不顾，就可能造成‘僵尸进程’的问题，进而造成内存泄漏。
另外，进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，“杀人不眨眼”的kill -9 也无能为力，因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程。
最后，父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道。如：子进程运行完成，结果对还是不对，或者是否正常退出。
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

3.1wait及waitpid的方法

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

pid_t wait(int*status);

返回值：
 成功返回被等待进程pid，失败返回-1。
参数：
 输出型参数，获取子进程退出状态,不关心则可以设置成为NULL
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进程ID；
 如果设置了选项WNOHANG,而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集,则返回0；
 如果调用中出错,则返回-1,这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在；
参数：
 pid：
 Pid=-1,等待任一个子进程。与wait等效。
 Pid>0.等待其进程ID与pid相等的子进程。
 status:
 WIFEXITED(status): 若为正常终止子进程返回的状态，则为真。（查看进程是否是正常退出）
 WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）
 options:
 WNOHANG: 若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回该子进
程的ID。
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和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。
如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。
否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程。
status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待，具体细节如下图（只研究status低16比特位）： 
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
	pid_t pid;
	if ((pid = fork()) == -1)
		perror("fork"), exit(1);
	if (pid == 0) {
		sleep(20);
		exit(10);
	}
	else {
		int st;
		int ret = wait(&st);

		if (ret > 0 && (st & 0X7F) == 0) { // 正常退出
			printf("child exit code:%d\n", (st >> 8) & 0XFF);
		}
		else if (ret > 0) { // 异常退出
			printf("sig code : %d\n", st & 0X7F);
		}
	}

	return 0;
}
测试结果：
 [root@localhost linux]# ./a.out //等20秒退出
 child exit code:10 
 [root@localhost linux]# ./a.out //在其他终端kill掉
 sig code : 9

四、xshell实操

4.1阻塞等待方式

int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        printf("%s fork error\n", __FUNCTION__);
        return 1;
    }
    else if (pid == 0) { //child
        printf("child is run, pid is : %d\n", getpid());
        sleep(5);
        exit(257);
    }
    else {
        int status = 0;
        pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);//阻塞式等待，等待5S
        printf("this is test for wait\n");
        if (WIFEXITED(status) && ret == pid) {
            printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\n", WEXITSTATUS(status));
        }
        else {
            printf("wait child failed, return.\n");
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}
运行结果:
[root@localhost linux]# ./a.out
child is run, pid is : 55119
this is test for wait
wait child 5s success, child return code is :1.

 

4.2非阻塞等待方式

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
	pid_t pid;

	pid = fork();
	if (pid < 0) {
		printf("%s fork error\n", __FUNCTION__);
		return 1;
	}
	else if (pid == 0) { //child
		printf("child is run, pid is : %d\n", getpid());
		sleep(5);
		exit(1);
	}
	else {
		int status = 0;
		pid_t ret = 0;
		do
		{
			ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG);//非阻塞式等待
			if (ret == 0) {
				printf("child is running\n");
			}
			sleep(1);
		} while (ret == 0);

		if (WIFEXITED(status) && ret == pid) {
			printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\n", WEXITSTATUS(status));
		}
		else {
			printf("wait child failed, return.\n");
			return 1;
		}
	}
	return 0;
}

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