Linux操作进程

前言

这次的主要内容就是进程的实操，主要是进程创建，进程终止，进程等待和进程程序替换，最后我们在手写一个简单的shell

1.进程创建

进程创建就是fork，所以我们就讲一些知识性的就可以了

在这里插入图片描述
首先在创建子进程的时候，父进程和子进程都指向同一块区域，而且都是只读的权限，因为因为为可写的权限，肯定就不是指向同一块的，而且先指向同一块，然后有写入的，在分开指向那个写入的，不要一开始就全部分开指向，这样很浪费空间

在这里插入图片描述
当我们修改内容之后就会变成这样，首先代码段肯定是只读的，因为原来数据子进程父进程都是只读的，然后你去修改了，但是不会马上报错，而是去判断一下，这里会触发系统错误，然后系统检测判断是什么错误（这个就是缺页中断）如果是这种指向同一块内容的，就会把子进程指向新的一块内容，这块内容是拷贝的，然后在修改，这就是写时拷贝
因为可能是gval++这种情况，这种情况就只能先拷贝，在修改，所以统一先拷贝在修改

2. 进程终止

2.1 错误码

在这里插入图片描述
这里增加一点，就是C++语言 makefile用g++，然后加上-std=c++11

main函数的返回值会返回给父进程或者系统（就是类似于bash进程这种）

然后echo $?可以查看上一个程序的返回值

在这里插入图片描述
修改一下名字，因为c++嘛

在这里插入图片描述

第二个echo就是返回的第一个echo的main函数返回值，因为指令也是C语言写的

一般返回0，表示成功，返回非0就表示错误，而且数字还代表着错误的原因

返回的这个就是错误码

这个就类似与当初的C语言中的错误码errno，对应的函数有perror（传入字符串，然后直接在传入的字符串后面添上错误信息，并一起打印），strerror（传入错误码，根据错误码打印出错误）
在这里插入图片描述

errno这个东西会记录上一个错误码
没有错误既就是0

接下来我们打印出所有的错误信息

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

这样我们就可以看出来了，错误码总共就只有那么130多个

在这里插入图片描述
这个错误码和上面的完全对应

但这个就和上面的错误码不对应了
因为上面我们打印的是C语言的错误码，系统的错误码，可以借鉴C语言的，当然也可以自己定错误码

2.2 终止进程

有三个方式
第一个就是return
第二个就是exit
在这里插入图片描述
第三个就是_exit

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
看这个我们就知道了，exit是终止程序的，里面的参数就是错误码，0为正常退出

其实_exit也是这样的，两个的使用没什么区别，稍微有一点区别就是缓冲区的问题

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
看这个我们就可以看出来了，exit会刷新缓冲区，然后在终止，但是_exit不会刷新缓冲区

这是为什么呢
在这里插入图片描述
看这个我们就知道了
exit是C语言的函数，底层会调用_exit系统接口，而_exit就是一个系统接口，这样我们还知道了，缓冲区不是在操作系统里面的，不然_exit也可以刷新缓冲区，所以我们就可以知道了，缓冲区是语言层面的，所以exit才能刷新缓冲区，C语言有C语言的缓冲区，c++也有自己的缓冲区

3. 进程等待

3.1 wait

我们再谈fork
在这里插入图片描述
fork如果创建子进程成功的话，那么会给子进程返回0，父进程返回子进程的pid
失败的话，没有子进程，然后返回给父进程-1，然后还会设置错误码

在这里插入图片描述

这个程序，子进程会先结束，然后进入僵尸状态等待父进程处理

怎么处理呢，就可以用到wait了
在这里插入图片描述
这个就是会在wait这个函数中等待，等待子进程结束，然后处理僵尸，才继续执行后面的状态

其中返回值就是子进程的pid，如果等待错误了就返回-1，然后那个status就是用来接收错误码数据的

在这里插入图片描述
这样的话，既可以可看到僵尸状态，然后又可以看到处理
因为处理就是一瞬间的事，如果不休眠10s的话，我们可能看不到僵尸了

在这里插入图片描述

看这个我们就知道了wait是可以处理僵尸的，而且子进程不结束，父进程如果运行到了wait那里，就会一直在那里等待，而且这个等待的是所以子进程

3.2 waitpid

接下来讲一下waitpid
在这里插入图片描述
这个有三个参数

第一个参数，如果你输入某个子进程的pid，那么就是指定等待某一个子进程，如果为-1的话，就是任意一个子进程

在这里插入图片描述
如果waitpid这样写的话，那么就和我们上面写的wait是一个效果

在这里插入图片描述
或者这样，因为这里的id就是子进程的

在这里插入图片描述

而第二个参数就是用来记录子进程的退出码的

在这里插入图片描述

但是我们打印的退出码却不是1，为什么呢，因为这个status其实不止记录了退出码，正常的退出有退出码，但是比如如果访问野指针，就直接异常终止了，这个的话，也是由status记录的，所以说status其实也是一个位图

int总共有32位，，其中
在这里插入图片描述
8~15就是记录退出码的
这样我们就可以通过位运算计算出退出码了

这样就可以了，先把status右移8位，然后&上0xFF,就只剩下那退出码的8位了

子进程访问野指针，1/0这种都是程序异常会终止的，怎么异常终止的呢，
在这里插入图片描述
有警告先不管

这里可以看出，子进程直接死掉了

这个就直接终止了

这个是怎么终止的呢，其实是系统在运行的过程中遇到了这个，然后产生了一个信号给进程，进程接收到了这个信号，就终止了

在这里插入图片描述
信号就是kill的信号
那个野指针就是11号信号

在这里插入图片描述
我们这样把子父进程都无限运行下去

在这里插入图片描述
这个1/0其实就是运算器溢出了，是8号信号

在这里插入图片描述
这个要打出信号，必须是父进程出错了，子进程被kill是不会打出信号的，父进程才会打出信号，因为子进程僵尸了

所以进程结束了
第一return 0----》这个是正常结束，结果正确
第二return 非0-----》结果不正确，有退出码
第三异常终止—》有退出信号

退出信号就在status的0~7位
第8位是一个core dump标志

在这里插入图片描述
因为0x7F是0111 1111

看这个，我们用8这个信号杀死，所以就是八号信号

或者我们直接遇到实际异常时也是这个信号

其实这个退出码和信号也是存在task_struct中的

还有就是我们还有其它方法获取退出码，没有必要用位运算，可以用系统提供的宏

在这里插入图片描述

这个WIFEXITED(status)是用来看是否正常终止，如果正常终止，则返回真，如果异常终止就是假
WEXITSTATUS(status)就是返回退出码的

3.3 实例

就是像一个vector中插入数据，每插入十个的话，就要创建一个子进程来保存到文件中 ,用这个来记录父进程数据的变化，然后就是子进程不会干扰父进程，就是保存失败也没事

在这里插入图片描述

这就可以了

这样也可以删掉那些文件了
一键删除

3.4 阻塞与非阻塞问题

上面这个代码，只能等待子进程结束了，才能继续自己的操作，这个就叫做阻塞
何谓非阻塞呢，就是说，父进程一边运行，一边判断，看等待好了没
但这个逻辑要靠我们实现
waitpid的第三个参数就是阻塞和非阻塞的东西
为0就表示阻塞，为WNOHANG就是非阻塞，这个就会判断那一瞬间

waitpid的返回值，>0就表示等待成功，而且返回的是子进程的pid
==0的话，就表示子进程还没有结束
<0就表示等待失败，比如我们第一个输入的pid根本不存在

在这里插入图片描述

这里我们把子进程休眠十秒
然后父进程一直判断，子进程结束没有，没有结束就干自己的事，干完了再来判断，一直这样，当等待成功的时候就可以退出来了

在这里插入图片描述

我们再把干自己的事完善一下

4. 进程程序替换

在这里插入图片描述
cp是复制一份的意思

底行模式这样写，可以替换

程序替换总共有七个

在这里插入图片描述

最后一个是系统调用接口，前面六个的底层实现都是调用了最后一个的
因为底层都是分装为命令行参数表的

4.1 execl

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
这样就实现程序替换了，一个进程可以执行别人的进程了

第一个参数是我们要执行的路径
后面的参数就是我们要执行写的格式，注意最后一个参数必须是nullptr，因为这些参数相当于是提供的命令行参数，命令行参数列表最后一个必须是nullptr

在这里插入图片描述

就这样，我们就可以执行我们自己的可执行程序了

这个是怎么程序替换的呢，其实运行到execl那里，程序就完全替换了
数据和内容都完全替换为execl里面的进程了，这也是写时拷贝
所以说execl后面的程序就不会运行了

在这里插入图片描述

虽然程序替换了，但是进程是没有改变的，没有重新创建新的进程，比如说进程的pid就没有变

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

这样我们就证明了，进程程序替换是不会改变进程的

在这里插入图片描述
如果execl替换成功，那么后面的程序就都被替换了，所以返回值也没有用了，所以execl的返回值只有在替换失败的时候才有用，用处就是判断失败了

在这里插入图片描述
看这个我们就知道了，替换失败返回的就是-1

这个把数据和代码从磁盘替换到内存的过程就是加载

就这样我们就可以实现子进程和父进程自己干自己不同的事了

4.2 python程序

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
就这样就运行了
看得出来，其实Python就是一个命令

4.3 脚本

在这里插入图片描述

4.4 execv

在这里插入图片描述

其实这个就是把原来的第二个参数以及后面的，包装在一个数组中，这个就是命令行参数的表，其实底层也是这样的

在这里插入图片描述
巧记
l表示list，所以你传参数的时候就要挨个挨个的像链表一样

v表示vector，就是要打包进去

4.5 execlp

l表示还是分开传
p的意思就是不用写路径，直接写命令就可以了
在这里插入图片描述

第一个表示你要运行谁，后面的就是我们写命令行的格式了，所以按理说，第一个和第二个参数是一样的

这个不写路径是怎么实现的呢，这个其实是默认去环境变量PATH去找的命令，所以能找到

4.6 execvp

在这里插入图片描述

4.7 execvpe

在这里插入图片描述
这个多了一个参数，表示可以传环境变量

当然我们也可以不传环境变量，因为子进程会继承父进程的，就算是程序替换，也是会继承父进程的环境变量的，因为环境变量具有全局属性嘛
，不传就是默认的，但我们如果传了呢

在这里插入图片描述

当为p的时候，第一个也可以传路径，这样就不是默认去PATH找了
在这里插入图片描述
如果这样传的话，那么子进程的环境变量就完全被传的覆盖了
这样我们就可以使用我们自己定义的环境变量了，因为第一个bash的环境变量也是这样来的

那如果我们不传全新的环境变量，我们要传原来的，然后新增一些怎么搞呢

在这里插入图片描述
getenv是获取环境变量，讲过的

在这里插入图片描述
putenv就可以新增环境变量了

在这里插入图片描述

最后那里就是增加的

当然这个子进程增加的环境变量肯定是不会影响其他进程的，是不会影响它的父进程的，不会影响bash，只会影响自己的子进程

4.8 补充

最后一点，execve是系统接口，其他的都是分装它的，都是C标准库分装的接口，只有execve这个才是真正的系统调用

总结

下一个对应的就是手写简单版shell