【hello Linux】进程控制

目录

1. 进程创建

2. 进程终止

3. 进程常见的退出方法

4. 进程等待

5. 进程等待的方法

6. 获取子进程status

Linux🌷

1. 进程创建

fork 函数初识

在 linux 中 fork 函数是非常重要的函数，它可以从已存在进程中创建一个新进程。

新进程便是我们所说的子进程，而原进程称为父进程。

使用方法：

#include <unistd.h>
pid_t ret = fork(void);
//fork函数是有返回值的，返回值为pid_t类型，我们用ret来接收返回值；
//子进程中返回0，父进程返回子进程的PID，出错则返回-1；

创建一个进程，意味着要为该进程创建task_struct、mm_struct、页表、代码、数据

进程调用 fork ，当控制转移到内核中的 fork 代码后，内核做：

分配新的内存块和内核数据结构给子进程；
将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程（子进程的创建是以父进程为模板）；
添加子进程到系统进程列表当中；
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。

其实自fork创建子进程后，父子进程便是独立的两个进程，子进程继承了父进程所有代码，只是PC

指针的问题，子进程执行fork后续的代码，其实将PC指针修改，子进程也可以执行fork之前的代码

注意：

fork之后，父子进程谁先执行完全由调度器决定。

写时拷贝的图解：

fork常规用法

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。

让子进程要执行一个不同的程序：子进程从 fork 返回后，调用 exec 函数（下篇博客再做讲解）；

fork调用失败的原因

系统中有太多的进程（创建进程需要时间 + 空间的消耗）；
实际用户的进程数超过了限制；

2. 进程终止

进程退出的三种情况：

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；

我们写代码时，总是在最后加return 0，其实这个0便称为退出码，该进程的退出码会被父进程获

取；

main函数,return 值，该值为退出码；非main函数，该值为函数返回值；

在退出码时：我们一般用0表示结果正确，用!0表示结果不正确；

代码异常终止：也就是我们所说的，在程序还没有运行完，程序便终止—>程序崩溃，在此时，退

出码是没有意义的。

我们平常使用的ctrl c便是一种用信号控制的异常退出；

查看退出码：

若进程是正常终止：代码运行完（正确/不正确），可以通过如下命令查看进程退出码：

echo $?

注意：此语句只能查看最近一次进程退出时的退出码；

3. 进程常见的退出方法

main函数的return n语句；
调用exit函数（该语句同return n语句功能无差别）；
调用_exit函数；

1. return n：

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。

2. exit函数：

//用法
exit(参数);
//exit里面的参数为：退出码；
//调用exit则表示该进程退出；
//exit在任意地方都可以调用，代表终止进程；

3. _exit函数：

//用法同exit()函数相同只不过不做后续收尾工作：
//例如： 关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入等
_exit(参数);

exit同_exit的区别：

用一个示例进行验证：

1. return退出：对缓冲区进行了刷新；

2. exit退出：对缓冲区进行了刷新；

3. _exit退出：没有对缓冲区进行刷新；

进程退出的含义：

在OS层面：少了一个进程，free task_struct、free mm_struct、free 页表及各种映射关系，代码及

数据申请的空间也释放掉；

4. 进程等待

进程等待的必要性：

1. 父进程创建子进程，为了帮助自己完成某种任务，子进程完成的结果父进程需要知道；

2. 父进程通过wait/waitpid等待子进程退出，获取子进程退出信息；

3. 可以保证时序问题：子进程先退出，父进程后退出；

4. 进程退出时会先进入僵尸状态，此时需要父进程通过wait，释放该子进程占用的资源！否则造成

内存泄漏问题！

5. 进程等待的方法

wait方法

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

pid_t wait(int* status);

//返回值：成功则返回被等待进程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

waitpid方法

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:
//        0:阻塞等待；
//        WNOHANG: 非阻塞等待：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。

6. 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（总共32位，只研究status低16比特位）：

用代码的方式更好理解：

1. 父进程堵塞等待子进程：

  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  #include <string.h>
  #include <sys/types.h>
  #include <sys/wait.h>
                                     
  int main() 
  {  
    pid_t id = fork();  //创建子进程;
    if(id==0)     
    {           
      //child
      int cnt = 5;                                                 
      while(cnt)
      {          
        printf("child[%d] is running: cnt is : %d\n",getpid(),cnt);
        cnt--;
        sleep(1);
      }     
    exit(0);
    }         
    if(id>0)    
    {                                
      //parent
      sleep(10);               
      printf("father wait begin!\n");                           
                                                                              
      //pid_t ret = wait(NULL);
      //pid_t ret = waitpid(id,NULL,0);   //等待指定的一个进程; 
      pid_t ret = waitpid(-1,NULL,0);   //等待任意一个子进程；此时等价于wait()
      if(ret>0)                                                                                      
      {   
        printf("father wait: %d,sucess\n",ret);
      }                                 
      else
      {
        printf("father wait failed!\n");
      }
    }
    return 0;
  }

2. 对于status的使用：

位操作的使用：

#include <stdio.h>    
#include <stdlib.h>    
#include <unistd.h>    
#include <sys/types.h>    
#include <sys/wait.h>    
    
int main()    
{    
  pid_t id = fork();    
  if(id==0)    
  {    
    //child;    
    int cnt=3;    
    while(cnt)    
    {    
      printf("child[%d] is running: cnt id:%d\n",getpid(),cnt);    
      cnt--;    
      sleep(1);    
    }    
    exit(10);    
  }    
  if(id>0)    
  {    
    //parent    
    printf("father wait begin!\n");    
    int status=0;    
    pid_t ret = waitpid(id,&status,0);    
    if(ret>0)    
    {    
      printf("father wait: %d, sucess, status exit code: %d, status exit signal:%d\n",ret,(status>>8)&0xFF,status&0x7F);        
    }    
    else    
    {    
      printf("father wait failed!\n");    
    }    
  }    
  return 0;                                                                                          
}

此处signal若为0：代表正常退出，否则为异常退出；

在正常退出时，exit code：退出码才是有意义的；

一般情况下，退出码为0则表示正常退出，结果正确。

宏的使用：

#include <stdio.h>    
#include <stdlib.h>    
#include <unistd.h>    
#include <sys/types.h>    
#include <sys/wait.h>    
    
int main()    
{    
  pid_t id = fork();    
  if(id==0)    
  {    
    //child    
    int cut=3;    
    while(cut)    
    {    
      printf("child[%d] is running ,cut is :%d\n",getpid(),cut);    
      cut--;    
      sleep(1);    
    }    
  }    
  else if(id>0)    
  {    
    //parent    
    printf("father wait begin!\n");    
    int status=0;    
    pid_t ret = waitpid(id,&status,0);    
    if(ret>0)    
    {    
      if(WIFEXITED(status))   //没有收到任何退出信号的    
      {    
        //正常结束的，获取对应的退出码    
        printf("exit code: %d\n",WEXITSTATUS(status));  //不用进行位操作，提供了对应的宏    
      }    
    }    
    
  }    
  return 0;                                                                                          
}

宏的内部实现：

*status_p |= (exit_code<<8);

*status_p |= signal;

父进程阻塞等待子进程：

上述位操作便是阻塞等待的例子。

父进程非阻塞等待子进程：

#include <stdlib.h>    
  #include <stdio.h>    
  #include <unistd.h>    
  #include <sys/types.h>    
  #include <sys/wait.h>    
  #include <string.h>    
  int main()                                
  {                                         
    pid_t id = fork();    
    if(id==0)                               
    {                                       
      //child                                                                                        
      int cut=3;                            
      while(cut)                            
      {                                     
        priintf("child[%d] running, cut is : %d",getpid(),cut);    
        cut--;                              
        sleep(1);                           
      }                                     
    }           
if(id>0)                                
    {                                       
      //parent                              
      int status=0;                         
      while(1)                           
      {                                     
        pid_t ret = waitpid(id, &status, WNOHANG);    
        if(ret==0)                          
        {                                   
          //子进程没有退出，但是waitpid等待成功，需要父进程重复等待    
          printf("DO father things!\n");    
        }                                   
        else if(ret>0)                      
        {                                   
          //子进程退出了，waitpid也成功了，获取到了对应的结果    
          printf("father wait: %d,success, status exit code: %d, status exit signal: %d\n",ret,(statu  s>>8)&0xFF,status&0x7F);                  
          break;                            
        }                                   
        else                                
        {                                   
          //ret<0                           
          //等待失败                        
          perror("waitpid failed!\n");      
          break;                            
        }                                   
      }                                     
    }
    return 0;
  }