进程控制(总)

news2024/11/24 5:43:30

 

目录

进程创建

fork函数初识：

写时拷贝：

fork常规用法：

fork调用失败的原因：

进程终止 

进程退出场景：

进程常见退出方法：

_exit函数

exit函数

return退出： 

进程等待

进程等待的必要性：

进程等待的方法：

wait方法：

waitpid方法：

 进程的阻塞等待方式

进程的非阻塞等待方式 

进程程序替换 

替换函数 

制作建简易Shell 

进程创建

fork函数初识：

作用：在linux，fork函数会从已存在进程中创建一个新进程。新进程称为子进程，原进程为父进程 

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

返回值：自己进程（父进程）返回的pid为0， 子进程返回父进程的pid，出错返回-1

进程调用fork后，当控制转移到内核中的fork代码后

  • 分配新的内存块和内核数据结构给子进程
  • 将父进程的部分数据结构内容拷贝给子进程
  • 将子进程添加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。但每个进程都将可以开始执行自己对应的代码，看如下程序

#include<unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include<stdio.h>                                                                                    
int main()
{
     pid_t pid;
     printf("Before :pid is %d \n",getpid());
     pid = fork();
     printf("After:pid is %d ,fork return %d\n",getpid(),pid);
     return 0;
}


 

 这里看到一共输出了三行，但是其实就只有两个printf。其实这可以用上面的这个图来解释，

一开始有一串before代码（fork之前的代码），经过fork（）创建子进程后，有了两个after代码

（fork之后的代码），父子进程分别执行after后的代码，在这里父进程不一定比子进程先执行，这

个由调度器决定.

所以，fork前父进程独立执行，fork后，父子两进程分别执行。fork后谁先执行由调度器决定

写时拷贝：

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
  

 

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。
  • 一个进程要执行一个不同的程序，例如子进程从fork后，调用exec函数

fork调用失败的原因：

  •  系统中有太多的进程
  • 实际用户的进程数超过了限制

 

进程终止 

进程退出场景：

  • 代码运行完毕，结果正确
  • 代码运行完毕，结果错误
  • 代码异常终止 

进程常见退出方法：

  • 从main函数返回
  • 调用exit
  • _exit
  • ctrl + c，信号终止

_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：status虽然是int类型的数据但是只有低八位可以被父进程使用，所以_exit(-1)时，在终端执行$?发现返回值是255.

exit函数

#include <unistd.h>
void exit(int status);

 exit最后也会调用exit，但在调用exit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，所有的缓存数据都被写入
  3. 调用_exit

 

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]#

return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。

进程等待

进程等待的必要性：

  • 之前说过紫禁城退出后，父进程如果不管不顾的话，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，那就很难办了，kill -9也无能为力，因为谁也杀不死一个已经死去的进程。

  • 父进程派发给子进程的任务完成的如何，我们要知道。例如：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 

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：成功返回被等待进程的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,等待任何子进程。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。

 

 

进程的阻塞等待方式

#include <iostream>
#include<unistd.h>
#include <sys/types.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(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：

 

 

进程的非阻塞等待方式 

#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;
}

 

 

进程程序替换 

 用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支),子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程,所以调用exec前后该进程的id并未改变

#include <unistd.h>`
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);

 

替换函数 

有六种以exec开头的函数，统称exec函数： 

#include <unistd.h>`
int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int execlp(const char *file, const char *arg, ...);

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

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

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

函数解释：

  • 如果这些函数调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回
  • 如果调用出错返回-1
  • 所以exec函数只有出错的返回值，没有成功的返回值，成功的话不会返回 

 命名理解：

  • l(list)：表示参数采用列表
  • v(vector)：参数用数组
  • p(path)：有p自动搜索环境变量PATH
  • e(env)：表示自己维护环境变量
函数名参数格式是否带路径是否使用当前的环境变量
execl列表不是                             是
exclp列表是是
exece列表不是不是，要自己组装环境变量
execv数组不是是
execvp数组是是
execve数组不是不是，要自己组装环境变量

 

 


 

 

exec的调用举例如下：

#include <unistd.h>
#include<iostream>

int main()
{
    char *const argv[] = {"ps", "-ef", NULL};
    char *const envp[] = {"PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL};
    execl("/bin/ps", "ps", "-ef", NULL);

    // 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
    execlp("ps", "ps", "-ef", NULL);

    // 带e的，需要自己组装环境变量
    execle("ps", "ps", "-ef", NULL, envp);
    execv("/bin/ps", argv);

    // 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
    execvp("ps", argv);
    
    // 带e的，需要自己组装环境变量
    execve("/bin/ps", argv, envp);
    exit(0);
}

 事实上,只有execve是真正的系统调用,其它五个函数最终都调用 execve

制作建简易Shell 

根据前面的指示可以制作一个建议的shell

 

  1. 获取命令行
  2. 解析命令行
  3. 建立一个子进程(fork)
  4. 替换子进程(execvp)
  5. 父进程等待子进程退出(wait)

 

#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#define MAX_CMD 1024
char command[MAX_CMD];
int do_face()
{
    memset(command, 0, MAX_CMD);
    printf("minishell$ ");
    fflush(stdout);
    if (scanf("%[^\n]%*c", command) == 0)
    {
        getchar();
        return -1;
    }
    return 0;
}
char **do_parse(char *buff)
{
    int argc = 0;
    static char *argv[32];
    char *ptr = buff;
    while (*ptr != '\0')
    {
        if (!isspace(*ptr))
        {
            argv[argc++] = ptr;
            while ((!isspace(*ptr)) && (*ptr) != '\0')
            {
                ptr++;
            }
        }
        else
        {
            while (isspace(*ptr))
            {
                *ptr = '\0';
                ptr++;
            }
        }
    }
    argv[argc] = NULL;
    return argv;
}
int do_exec(char *buff)
{
    char **argv = {NULL};
    int pid = fork();
    if (pid == 0)
    {
        argv = do_parse(buff);
        if (argv[0] == NULL)
        {
            exit(-1);
        }
        execvp(argv[0], argv);
    }
    else
    {
        waitpid(pid, NULL, 0);
    }
    return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    while (1)
    {
        if (do_face() < 0)
            continue;
        do_exec(command);
    }
    return 0;
}

 

 

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