目录

一.进程控制

1.进程创建

a.Linux 系统中，如何创建一个进程？

b.进程创建成功后，Linux 底层会为其做些什么？

2.进程终止

a.什么是进程终止？

b.进程终止的方法有哪些？

c.exit 与 _exit的区别

3.进程等待

a.什么进程等待？ 

b.为什么要进程等待？

c.如何进行进程等待？

① wait

② waitpid 

二.进程替换

1.单进程版的程序替换

execl

2.理解和掌握程序替的原理

a.单进程的程序替换原理

b.多进程程序替换原理

3.了解程序替换的各函数接口

a. execlp

b. execle

c. execv

d. execvp

4.xshell 父子进程架构和进程替换机制

三.命令行参数和环境变量

1.环境变量

a.环境变量简介

b.常见的环境变量

c.环境变量的全局属性——子进程可继承

d.查看环境变量的方式

e.有关环境变量的指令

2.命令行参数

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一.进程控制

1.进程创建

a.Linux 系统中，如何创建一个进程？

① 运行一个可执行程序，就相当于创建了一个新的进程，如：

② 执行 xshell 中的指令（内建命令除外），就相当于在 bash 进程中创建子进程，所以，我们在 xshell 命令行中输入的指令，都相当于创建了一个新的进程，如：

③ fork() 函数创建子进程，该过程会在下文详细讲解。

b.进程创建成功后，Linux 底层会为其做些什么？

Linux 需要对创建出来的进程进行管理，如何管理？先描述，在组织！

即，Linux 会先创建出一个 task_struct 结构体，该结构体内存有相关进程的属性信息，如：进程pid、进程优先级、进程地址空间的入口地址...等。而后将该 task_struct 结构体放入指定的数据结构中，如：运行队列、等待队列...等，等待Linux系统对其进行下一步操作。

与此同时，系统会为进程创建许多额外的资源，如：进程地址空间、用户级页表、文件描述符表...等。

2.进程终止

a.什么是进程终止？

简单来说，就是让进程的状态变成死亡状态，让父进程读取它的状态码和退出信息，而后将进程所占用的资源释放掉，这就是进程终止。

b.进程终止的方法有哪些？

① main() 函数中的 return 0 操作，0 是错误码，表示进程正常结束.

② 任何函数中的 _exit(0) 操作，表示终止整个进程,不再继续执行后续代码！

③ 任何函数中的 exit(0) 操作，表示终止整个进程,不再继续执行后续代码！

④ 在命令行中，用 Ctrl + c，相当于向前台进程发送二号信号，来杀死前台进程。

⑤ 在命令行中，用 kill -9 + pid，相当于向指定进程发送九号信号，来杀死前台进程。

c.exit 与 _exit的区别

1.exit 是库函数，_exit 是系统调用接口。

2.exit 终止进程的时候，会自动刷新缓冲区；_exit 终止进程的时候，不会自动刷新缓冲区。

小知识：exit() 函数在系统调用层面，封装的是 _exit()，而_exit() 执行的是 Linux 内核级别的操作，所以，exit() 终止进程时，所自动刷新的“缓冲区”，绝对不再 Linux 内核中。

至于该缓冲区是啥、又在哪里？博主会在后续的文章中陆续讲到~~

3.进程等待

a.什么进程等待？ 

--- 通过 wait/waitpid 的方式，让父进程对子进程进行资源回收的等待过程，称为进程等待。

b.为什么要进程等待？

① 可以解决子进程僵尸状态带来的内存泄漏问题；

② 通过进程等待的方式，获取子进程的退出信息；

c.如何进行进程等待？

① wait

pid_t  wait(int* status) ；

父进程调用 wait() 函数，如果子进程还没有退出，父进程就需要在wait上进行阻塞等待，直到子进程变成僵尸状态，wait自动回收，然后返回！

参数详解，int* stauts：父进程需要通过两个信号即终止信号和退出信号，得知子进程的运行状态和退出信息，而status负责得到这两个信号。

status 是一个输出型参数，它是如何获取异常信号和退出信号的？

status是一个int类型的整数，32bit，只考虑该int整数的低16位。当一个进程异常了（收到信号），表示该进程执行过程出错，它的退出信息就不重要了。

如何判断有没有收到异常信号？  --- 异常信号是否为0，若为0，则无异常；为非0，则抛异常。

获取异常信号（低16位中的低7位）：status & 0x7F

获取退出信号（低16位中的高8位）： (status >> 8 ) & 0xFF

core dump（核心转储）：当进程因为接收到带有core dump属性的信号而终止时，操作系统会将进程在内存中的状态（包括寄存器值、内存内容等）保存到磁盘上的一个文件中，这个文件通常命名为core.PID，其中PID是进程的进程ID。Core dump文件对于后续的调试工作非常有用，因为它提供了进程崩溃时的详细内存映像。

返回值： 若pid_t > 0 则返回等待进程的pid；若pid_t < 0 则返回失败。

② waitpid 

pid_t  waitpid (pid_t pid, int* status, int options);

第一个参数 pid_t pid ：可以指定进程的pid去等待，亦可将pid设为-1，即等待任意进程。

第二个参数 int* status  ：输出型参数，即传进去的值不重要，传出来的值重要！

第三个参数：int options：为0，表示父进程等待的时候，以阻塞状态等待；为 WNOHANG，表示父进程等待的时候，以非阻塞状态等待。

若阻塞等待，父进程在哪里等子进程？--- 父进程在子进程的等待队列里排队.

阻塞状态 --- 阻塞式调用 --- wait/waited --- 子进程不退出，wait不返回 --- 等待的过程中，父进程啥也做不了！！

非阻塞状态 --- wait/waited不阻塞，而是立即返回 --- 轮询 + 非阻塞方案 --- 可以顺便做一些占据时间并不多的事情

返回值： 若pid_t > 0 则返回等待进程的pid   若pid_t < 0 则返回失败

二.进程替换

我们所创建的所有子进程执行的代码，都是父进程的一部分，那么，如果我们想让子进程执行新的程序（代码和数据不再与父进程有任何关联）呢？？ 

1.单进程版的程序替换

Linux 命令行指令也是一个个进程（内建命令除外），所以我们在代码中，用特殊的函数去调用执行 xshell 命令中的命令（进程），这一过程，本质就是程序替换.

execl

int execl(const char* path, const char* arg, . . .); 

第一个参数 path：表示我们要替换的目标程序的路径.

第二个参数 const char* arg：表示目标程序的执行方法.

注意：最终必须以NULL结尾，表示参数传递完毕！！

如：execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);

当代码执行到该函数时，本进程的所有数据和代码全都会被替换成目标进程的代码和数据，即使目标进程的代码执行完毕，原先进程的后续代码也将不再执行。

程序替换的函数的调用，调用失败有返回值，调用成功没有返回值！！

示例：

2.理解和掌握程序替的原理

a.单进程的程序替换原理

当原程序代码执行到excel函数接口时，OS会直接将磁盘中目标程序的代码和数据会覆盖原进程映射到物理内存上的代码和数据，并让CPU从“新加载到内存的代码的main函数”开始执行，这期间并不会创建新的PCB和程序地址空间等资源，exec系列的函数调用接口起到的仅仅是“加载器”的作用！

b.多进程程序替换原理

由于父子进程在物理内存上共享代码和数据，所以在磁盘上目标程序的代码和数据覆盖原进程（调用excel函数的父或子进程）在物理内存上的代码和数据前，OS 会发生写时拷贝，即在物理内存上重新拷贝一份代码和数据区，用存放于目标程序的代码和数据。

程序替换并不会创建新的进程，而是让目标进程占用原进程的资源，在原进程资源的基础上运行！

与父子进程间写时拷贝的区别

父子进程间的写时拷贝仅仅拷贝数据区，不会拷贝代码区，父子进程共用代码。而多进程的程序替换既拷贝数据区，也拷贝代码区，以免目标程序的代码将代码区覆盖，影响到第三进程的运行。

子进程怎么知道，新的程序的代码的起始位置在哪？

Linux系统形成的可执行程序是有格式的，是ELF格式，ELF格式中有表头，其中存放进程程序地址空间上各区的入口地址，其中就包括代码段的入口地址（Entry）。

为啥无论是单进程还是多进程 execl() 函数后面的代码都不跑了？

当eip寄存器走到 execl() 函数时，原进程映射到物理内存上的代码和数据都会被目标进程的代码和数据覆盖，并且使eip从目标进程的entry（可执行程序代码段的入口地址）开始执行目标进程的代码，而原进程execl()函数后的代码也就不复存在了。

3.了解程序替换的各函数接口

函数名中带'l'（list）这个字母的，都意味着：该函数的参数是可变参数.

函数名中带'p'（PATH）这个字母的，都意味着：OS会去环境变量向量表中寻找目标程序，所以我们不用再手写程序的路径，直接告诉OS目标程序的程序名即可.

函数名中带'v'（vector）这个字母的，都意味着：参数要以“数组”的形式传递.

a. execlp

① execlp(const char* filename, const char* arg, . . . );

filename：是要执行的程序的程序名.

arg：对目标程序的操作方法.

如：execlp( "ls", "ls","-a","-l", NULL);

b. execle

② execle(const char* path, const char* arg, . . . ,char* const envp[ ]); 

path：是要执行的程序的路径.

envp[ ] 是一个指向以null结尾的字符串数组的指针，是给新进程传递的环境变量表！

如：char* const envp[ ]={ "PATH=/bin:/usr/bin", "TZ=UTC", NULL };

execle("/usr/bin/ls", "ls","-a","-l", NULL, envp);

c. execv

execv(const char* path, char* const argv[ ]);

argv 就是将对目标程序的操作，放在一个数组中.

如：char* const argv[ ]={ "ls", "-a", "-l", NULL };  

execv( "/usr/bin/ls", argv );

d. execvp

execvp(const char* filename, char* const argv[ ]); 

filename：要执行的程序文件的名称。

注意这里只需要文件名，不需要完整路径，因为 execvp会在环境变量指定的目录中查找该程序.

argv：就是将对目标程序的操作，放在一个数组中.