【Linux】进程创建、退出和等待（fork、exit和_exit、waitpid和wait、阻塞和非阻塞）

news2024/11/16 9:02:38

文章目录

    • 1、进程创建
      • 1.1 理解fork函数
      • 1.2 fork函数的细节
    • 2、进程退出
      • 2.1 退出码
      • 2.2 exit函数和_exit系统调用
    • 3、进程等待
      • 3.1 wait和waitpid
      • 3.2 阻塞和非阻塞

1、进程创建

进程的创建主要依靠系统接口fork函数。

fork函数从已存在的一个进程中，创建一个子进程，原进程为父进程。

#include <unistd>
#include <sys/type.h>//用pid_t 需要包括这个文件
pid_t fork(void);

父进程返回子进程pid, 子进程返回0，出错返回-1。
 

1.1 理解fork函数

先从一个小程序看看fork函数的效果。

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <unistd.h>
  3 #include <sys/type.h> //用pid_t 需要包括这个文件
  4 int main()
  5 {
  6     pid_t id = fork();                                                                                                                                      
  7     if(id < 0)        
  8     {         
  9         printf("fork error!\n");
 10     }                           
 11                                 
 12     if(id > 0)
 13     {         
 14         printf("当前进程的PID为: %d, 父进程PID是: %d, id: %d\n", getpid(), getppid(), id);
 15     }                                                                                     
 16                                                                                           
 17     else
 18     {   
 19         printf("当前进程的PID为: %d, 父进程PID是: %d, id: %d\n", getpid(), getppid(), id);
 20     }                                                                                     
 21     sleep(2);                                                                             
 22              
 23     return 0;
 24 }

在这里插入图片描述
 

pid_t 是什么？
首先在/usr/include/sys/types.h中，通过通过/pid_t查询
这里是引用
再到/usr/include/bits/types.h中，通过/__pid_t查询

在这里插入图片描述
再到/usr/include/bits/typesizes.h中，通过/__PID_T_TYPE查询
在这里插入图片描述
回到/usr/include/bits/types.h中，通过/__S32_TYPE查询，发现其实就是int。
在这里插入图片描述
 
为什么要弄这么麻烦？ 其实为了代码在不同平台上跑，可能其它平台是long，而不是int。（为了可移植性）

可能你会有疑惑，为什么会有两次打印？打印为什么是这个结果？代码是怎么走的？
 
我们的程序代码执行前
首先，我们所写的程序，在运行后加载到内存就成了Linux系统中的一个进程。
当我们运行编译好的程序后，程序加载到内存称为了一个Linux进程。
该进程（对应pid:31200）由命令行解释器bash（bash是一个系统进程，这里对应31107）创建，作为其子进程执行代码。
 
代码执行过程
进入main函数，执行pid_t id = fork(); 此时转到操作系统内核fork定义处，执行fork函数代码。
（下图的子进程，其实不是在fork中马上创了一个空间，这里为了更好理解，下面会解释）
在这里插入图片描述
 
所以其实很简单，就是fork之后，有了两个执行流，通过返回值的不同走不同的代码路径。

 

1.2 fork函数的细节

有几个细节，能让我们更好理解fork。
在前面我们解释了fork函数为什么有两个返回值的问题，就是通过fork创建子进程，有了两个执行流。
 
首先

  • 如何理解fork之后，父进程返回子进程id，子进程返回0？
    我们都知道，一个父亲可以对应着多个孩子，而多个孩子只能对应一个父亲。
    进程也一样，我们可以通过getpid和getppid得到唯一的自己和父亲，但对于孩子，如果我们需要找其中一个就需要有一个确定值。

其次

  • 为什么会有一个变量id，储存两个不同的值?

pid id = fork(); 首先对于一个进程，我们并不确定父子进程哪个先执行完。
返回的本质，其实就是写入值到id，所以谁先返回谁就先写入id。
后写入的进程，因为进程独立性，为了不影响前面的一个进程就会发生写时拷贝。
在这里插入图片描述
 

  • 我们看到fork失败会返回-1，那么什么情况会发生呢？
    1、当系统中有太多进程，通常意味着某方面出了问题（比如 死循环调用fork）。
    2、当该用户ID的进程数超过了系统的限制数。（CHILD_MAX）

  • fork的通常用法
    1、通过创建子进程，继承父进程的代码，运行和父进程运行的不同代码路径。
    2、创建子进程，运行其它的进程（比如后续进程程序替换中的exec系列的函数）。

 

2、进程退出

2.1 退出码

从main函数开始。
我们之前写的程序很多在最后都会有一个return 0；
这个0其实就是退出码，它标识着程序运行成功。

int main()
{
	return 0;
}

 
通过echo $? 可以查看记录最近一个进程在命令行执行完毕时对应的退出码。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  • 进程退出的情况？
    1、代码跑完，结果正确 — return 0;
    2、代码跑完了，结果不正确 — return !0;
    3、代码没跑完，程序异常了，退出码无意义。

如果我们关心退出码，可以通过不同的数字，表述不同的错误。
如果我们并不知道退出码对应的退出信息是什么，可以通过strerror(errno)。
 
如果熟悉个别退出码对应的信息，可以通过strerror(num) 打印退出信息。

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <string.h>
  3 #include <errno.h>
  4 
  5 int main()
  6 {
  7     int i = 0;
  8     for(i = 0; i < 200; ++i)
  9     {
 10         printf("[%d]: %s\n", i, strerror(i));                                                                                                               
 11     }
 12     printf("return infor: %s\n", strerror(errno));
 13     return 0;
 14 }

由于结果太长，只截了开头一段和结尾一段。(通过运行看结果 可以看到退出码只有0-133)
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
 

2.2 exit函数和_exit系统调用

  • exit()
    exit函数终止进程，返回对应退出码。

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

    exit虽然并没有返回值，但是会将status传给父进程接收退出码。（这个后面进程等待会解释，先了解）
    通过man 3 exit
    在这里插入图片描述
    在C语言阶段，我们会在一些地方使用exit(num)，里面的num其实就是退出码，退出码可以根据需要自己定义。

    #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void fun()
{
	exit(10);//从这里程序退出。
}
int main()
{
	fun();
	printf("hello world");
}

     

  • _exit
    _exit作为一个系统接口，在操作系统层。以及exit其实就是调_exit实现的。

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

  • exit和_exit的区别

    先通过一个小程序看exit

    	  1 #include <stdio.h>
	  2 #include <unistd.h>
	  3 #include <stdlib.h>                                                                                                                                         
	  4 
	  5 int main()
	  6 {
	  7     printf("process");
	  8     sleep(2);
	  9     exit(1);
	 10 }

    通过运行
    在这里插入图片描述

    再经过小小修改

      1 #include <stdio.h>
  2 #include <unistd.h>
  3 #include <stdlib.h>
  4 
  5 int main()
  6 {
  7     printf("process");
  8     sleep(2);
  9     _exit(1);                                                                                                                                               
 10 }

    在这里插入图片描述

    其实exit和_exit的区别就是exit刷新缓冲区，但是_exit不刷新缓冲区。
    sleep后，进程放入等待队列，输出在缓冲区，等进程重新回到运行队列_exit直接退出了，exit会刷新缓冲区，所以有这两个结果。

    根据这个结果我们也可以推出：缓存区其实是一个用户级的缓冲区。
    在这里插入图片描述
     

3、进程等待

一个子进程在退出后，操作系统回收它的数据与代码，但是进程一定是为了什么目的才存在的，一个进程完成后可以不将结果汇报给创造它的父进程，但是不能没有结果。
 
其实，一个进程在退出后，操作系统依旧会保留其PCB，等待父进程或系统对该进程进行回收。
子进程在这个PCB被保留的状态就是一个僵尸进程，父进程通过进程等待的方式对子进程回收并且获得子进程退出信息。
 

3.1 wait和waitpid

  • wait()
#include <sys/wait.h>
#include <sys/type.h>
pid_t wait(int* status);

当status值设为NULL时，只回收子进程，代表不在意回收的子进程的退出码。
当status不为NULL时，回收子进程，并且获得子进程的退出信息，存放在status中。
 
假设status不为NULL，status不是简单的存一个值，下面解释它如何保存信息。
在这里插入图片描述

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <unistd.h>
  4 #include <assert.h>
  5 #include <sys/wait.h>
  6 #include <sys/type.h>
  7 
  8 int main()
  9 {
 10     pid_t id = fork();
 11     assert(id >= 0);
 12     if(id == 0)
 13     {
 14         //子进程
 15         printf("我是子进程: %d, 父进程: %d, id: %d\n", getpid(), getppid(), id);
 16         exit(10); //随意设置
 17     }
 18 
 19     //父进程
 20     sleep(2); //让子进程先运行完
 21     int status = 0;
 22     pid_t ret = wait(&status);
 23     printf("return code : %d, sig : %d\n", (status >> 8), (status & 0x7F));                                                                                 
 24     if(id > 0)
 25     {
 26         printf("wait success: %d\n", ret);
 27 
 28     }
 29 }

在这里插入图片描述
 

  • waitpid()
#include <sys/wait.h>
#include <sys/type.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int* status, int options);

pid：进行等待的进程pid。
status：记录回收进程的退出信息。
options：一般选择是阻塞还是非阻塞两个状态。（下面会说啥是阻塞）
返回值返回回收的子进程pid，如果子进程还没退出返回0，如果waitpid调用失败返回-1。
 
稍稍修改一下代码

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <unistd.h>
  4 #include <assert.h>
  5 #include <sys/wait.h>
  6 #include <sys/types.h>                                                                                                                                      
  7 
  8 int main()
  9 {
 10     pid_t id = fork();
 11     assert(id >= 0);
 12     if(id == 0)
 13     {
 14         //子进程
 15         printf("我是子进程: %d, 父进程: %d, id: %d\n", getpid(), getppid(), id);
 16         exit(10);
 17     }
 18 
 19     //父进程
 20     sleep(2); //让子进程先运行完
 21     int status = 0;
 22     pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);// 0 代表阻塞式等待 WNOHANG代表非阻塞式等待
 23     printf("return code : %d, sig : %d\n", (status >> 8), (status & 0x7F));
 24     if(id > 0)
 25     {
 26         printf("wait success: %d\n", ret);
 27 
 28     }
 29 }

  • 子进程退出的退出信息存放在哪？
    在这里插入图片描述

  • 补充：宏函数
    WIFEXITED(status)。W-wait，wait是否退出，若正常退出子进程，返回真。
    WEXITSTATUS(status)。查看进程退出码，若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。

    //是否正常退出
if(WIFEXITED(status))
{
	// 判断子进程运行结果是否ok
	printf("exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status);
}

 

3.2 阻塞和非阻塞

前面wait相关的测试都是在子进程已经退出的前提下进行的。
 
阻塞和非阻塞很简单，将waitpid设置为阻塞后如果子进程没有退出，那么父进程就会一直等待，直到子进程退出。
 
父进程查看子进程状态，子进程没有退出，父进程立即返回去执行其它任务，这一次的过程叫做非阻塞。（而父进程多次来回确认子进程有没有退出的过程称为轮询）

一个测试非阻塞的程序

  1 #include <stdio.h>
  2 #include <unistd.h>
  3 #include <sys/wait.h>
  4 #include <sys/types.h>
  5 #include <stdlib.h>
  6 #include <string.h>
  7 #define NUM 10
  8 
  9 typedef void (*func_t)();
 10 func_t handlerTask[NUM];
 11 
 12 void task1()
 13 {
 14     printf("do task1!\n");
 15 }
 16 
 17 void task2()
 18 {
 19     printf("do task2!\n");
 20 }
 21 
 22 void loadTask()
 23 {
 24     memset(handlerTask, 0, sizeof(handlerTask));
 25     handlerTask[0] = task1;
 26     handlerTask[1] = task2;
 27 }
 28 
 29 int main()
 30 {
 31     pid_t id = fork();
 32     if(id == 0)
 33     {
 34          while(1)
 35          {
 36              //child
 37              int cnt = 3;
 38              while(cnt)
 39              {
 40                  printf("child running, pid: %d, ppid: %d, cnt: %d\n", getpid(), getppid(), cnt--);
 41                  sleep(1);
 42              }
 43 
 44              exit(10);
 45         }
 46     }
 47     //parent
 48     loadTask();                                                                                                                                                                                                                                                           
 49     int status = 0;
 50     while(1)
 51     {
 52         pid_t ret = waitpid(id, &status, WNOHANG); //WNOHANG: 非阻塞 -> 子进程没有退出， 父进程检测时候， 立即返回.
 53         if(ret == 0)
 54         {
 55             //waitpid调用成功 && 子进程没退出
 56             //子进程没有退出，我的waitpid没有等待失败，仅仅是检测到了子进程没退出
 57             printf("wait done, but child is runing , parent do :\n");
 58             int i = 0;
 59             for(i = 0; handlerTask[i]!=NULL; ++i)
 60             {
 61                 handlerTask[i]();
 62             }
 63         }
 64         else if(ret > 0)
 65         {
 66             //waitpid调用成功 && 子进程退出了
 67             printf("wait success, exit code: %d, sig: %d\n", (status >> 8), (status & 0x7F));
 68             break;
 69         }
 70         else
 71         {
 72             //waitpid调用失败
 73             printf("waitpid call failed\n");
 74             break;
 75         }
 76         sleep(1);
 77     }
 78 
 79     return 0;
 80 }

在这里插入图片描述
非阻塞不会占用父进程所有精力，可以在轮询期间干点别的！

本章完~

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几个月前看到国外的bug bounty tips在传Host攻击技巧&#xff0c;前阵子又看到国内有不少文章总结&#xff0c;冷渗透就不再复述了&#xff0c;直接介绍实际业务场景中碰到的案例。 0x01 自定义Host—窃取Token 1. 找到重置密码处&#xff0c;填写任意一个受害者邮箱帐号&#…
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记录--微信小程序获取用户信息（附代码、流程图）

记录--微信小程序获取用户信息（附代码、流程图）

这里给大家分享我在网上总结出来的一些知识&#xff0c;希望对大家有所帮助 本篇文章主要总结了微信小程序开发&#xff0c;获取用户信息的整个流程步骤。补充了网上很多碎片化的代码&#xff0c;本人梳理了思路写下了这篇文章。 思路 1、在js文件中&#xff0c;设置userinfo、…
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华丰科技将于12月13日上会：业绩波动明显，海通证券等为股东

华丰科技将于12月13日上会：业绩波动明显，海通证券等为股东

近日&#xff0c;四川华丰科技股份有限公司&#xff08;下称“华丰科技”&#xff09;在上海证券交易所科创板递交招股书&#xff08;上会稿&#xff09;。据贝多财经了解&#xff0c;华丰科技将于2022年12月13日上会&#xff0c;接受科创板上市委的现场审议。 根据公开信息&am…
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【嵌入式硬件芯片开发笔记】LP87702/LP87524电源芯片配置流程

【嵌入式硬件芯片开发笔记】LP87702/LP87524电源芯片配置流程

【嵌入式硬件芯片开发笔记】LP87702/LP87524电源芯片配置流程 LP8752x-Q1 10-A Buck Converter With Integrated Switche 具有诊断功能的 LP87702-Q1 双路降压转换器和 5V 升压转换器 LP87702/LP87524从机地址都是0x60 LP87702/LP87524中的设备ID等寄存器&#xff0c;是根据OT…
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维护4年的组件化框架 Component 升级到 KComponent 啦

维护4年的组件化框架 Component 升级到 KComponent 啦

前言 KComponent 它来啦. 从 2018.8 开始, Component 项目正式开源. 到目前已经 4 年的时间了. 这几年中, Component 不断升级优化. 最后趋于稳定. 为了组件化框架更好的发展, KComponent 继承了 Component 的优点, 升级为一个纯 Kotlin 的项目. 不再支持 Java, 注解驱动器也…
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Java招生报名咨询系统毕业设计,Java招生咨询问答系统设计与实现,毕业设计论文怎么写毕设源码开题报告需求分析怎么做

Java招生报名咨询系统毕业设计,Java招生咨询问答系统设计与实现,毕业设计论文怎么写毕设源码开题报告需求分析怎么做

功能清单 【系统管理员功能】 关于我们设置&#xff1a;设置学校简介、联系我们、加入我们、法律声明、学校详情 广告管理&#xff1a;设置小程序首页轮播图广告和链接 留言列表&#xff1a;所有用户留言信息列表&#xff0c;支持删除 会员列表&#xff1a;查看所有注册会员信…
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20.前端笔记CSS-精灵图

20.前端笔记CSS-精灵图

1、为啥要精灵图 一个网页中往往会应用很多小的背景图像作为修饰&#xff0c;当网页中的图像过多时&#xff0c;服务器就会频繁的接收和发生请求图片&#xff0c;造成服务器的请求压力过大&#xff0c;这会大大降低页面的加载速度 为了有效减少服务器接收和发生请求的次数&…
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[附源码]JAVA毕业设计图书借阅系统演示录像（系统+LW）

[附源码]JAVA毕业设计图书借阅系统演示录像（系统+LW）

[附源码]JAVA毕业设计图书借阅系统演示录像&#xff08;系统LW&#xff09; 项目运行 环境项配置&#xff1a; Jdk1.8 Tomcat8.5 Mysql HBuilderX&#xff08;Webstorm也行&#xff09; Eclispe&#xff08;IntelliJ IDEA,Eclispe,MyEclispe,Sts都支持&#xff09;。 项目…
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你不知道的goland技巧

你不知道的goland技巧

很多人使用 Goland 有很长时间的&#xff0c;却没有好好利用上 Goland 工具带给我们的遍历&#xff0c;今天咱们就来解锁一下新技巧 过去我们使用 Goland 就是简单的配置一下 go 的 proxy &#xff0c;以及配置一下 ssh &#xff0c;与服务器进行文件的上传和下载&#xff0c;其…
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基于Hadoop的用户购买行为的商品推荐系统

基于Hadoop的用户购买行为的商品推荐系统

目录 一 绪论 1 1.1 编写目的 1 1.2 背景及意义 1 1.3 开发及运行环境 2 二 需求分析 3 2.1 系统概述 3 2.3 系统功能需求 4 2.3.1 收集原始数据 4 2.3.2 计算物品相似度矩阵 4 2.3.3 计算用户购买向量 5 2.3.4 计算推荐向量并去重和排序 5 2.3.4 数据入库 5 2.3.5 作业控制 5 …
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百数：用报表搭建生产进度看板，让生产更高效

百数：用报表搭建生产进度看板，让生产更高效

现如今我国已经步入了全新的现代化科技时代&#xff0c;国内各个行业对于数字技术也在进行着不断地应用和研究。目前数字技术在企业生产管理系统的运用中具备较为显著的优势&#xff0c;其中生产进度看板就是数字化管理系统的重要应用之一。 生产进度看板是一种可视化管理系统…
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