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五、fork 函数，创建进程

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

• 子进程 返回 0
• 父进程 返回 子进程 id
• 出错 返回 -1

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
• 添加子进程到系统进程列表当中
• fork返回，开始调度器调度

fork 之前，父进程独立执行，
fork 之后，父子两个执行流分别执行 fork 后面的代码。

注意，fork之后，谁先执行完全由调度器决定。

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返回后，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

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六、进程终止

如何理解进程退出?
 
OS内少了一个进程，OS就要释放进程对应的内核数据结构 + 代码和数据（如果有独立的）

进程结束情况分类：

a. 执行完了，正常退出

• 结果正确
• 结果不正确

b. 崩溃了，进程异常 （通过 信号 的方式，后面更新）

• 崩溃的本质: 进程因为某些原因，导致进程收到了来自操作系统的信号 kill -9

1. 退出码

我们说，进程是有退出码的。

比如 main 函数中的 return x; 正常执行完了

• 结果正确，退出码为 0，
• 结果不正确， 1、2、3、4 则表示不同的原因（供用户进行进程退出健康状态的判定）

echo $? 可以 查看 最近执行的进程的 退出码

echo $?

2. 如何终止程序

正常终止有三种方式：

① main 函数 return。

• 其他函数return，仅仅代表该函数返回
• 进程执行，本质是main执行流执行!

② void exit(int status) 函数退出

• 头文件 #include <stdlib.h>

• status 代表就是进程的退出码
• 等价于 main return XXX
• 会刷新缓冲区、关闭流等
• 其实 exit 函数 也是封装调用的 _exit 函数

③ void _exit(int status) 函数退出

• 头文件 #include <stdlib.h>

• status 代表就是进程的退出码
• 直接退出程序，不处理缓冲区等

由此我们可以推测出的就是：
	缓冲区，一定不在 OS 内，不然肯定都能刷新了，事实上并没有
这是因为用户层和 OS 之间，还有一个 C库。（后面更新）

异常退出

• ctrl + C 信号终止（信号！！后面更新）

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七、进程等待

1. 概念

进程等待 就是 通过系统调用，获取 子进程 退出码 或者 退出信号 的方式，顺便释放内存问题。

进程等待的作用：

• 避免内存泄漏

• 获取子进程执行的结果（如果必要）

• • 对于进程退出的结果查验，我们通过的还是上述提过的 信号 + 退出码 的方案。

等待，实际上就是 父进程 对 子进程 的等待

2. wait 函数

pid_t wait(int *status)
 
头文件： #include <sys/wait.h>
返回值：等待成功则返回 子进程 的 PID

waitpid 函数 🔺

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

返回值：

• > 0，success（返回的是对应子进程的 pid）
• ==-1，failed（一般不会失败，pid 传错了会导致失败）
  == 0，在选项设置了 WNOHANG 的情况下，发现没有已退出的子进程可收集

参数 pid：

• >0，表示等待指定的子进程
• ==-1，表示等待任一个子进程，与 wait 等效

参数 status：是一个输出型参数

• 我们会想得到，子进程的退出状态，即 信号 + 返回码
• • 如何用一个整数 返回两个整数…？实际上这里的 status 是类似位图作用的。信号和返回码都不超过一定值，用一个整数位存储足够啦！（见下文）
• 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）

参数 options：

• 0，默认父进程进行 阻塞等待
• WNOHANG，父进程进行 非阻塞轮询

🌰使用举例：

int status = 0;
pid_t ret_id = waitpid(id, &status, WNOHANG);
if(ret_id < 0)
{
    printf("waitpid error!\n");
    exit(1);
}
else if(ret_id == 0)	// 子进程还没结束
{
    RunTask();
    sleep(1);
    continue;
}
else					// 子进程结束了
{
    if(WIFEXITED(status))	// 正常退出
    {
        printf("wait success, child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
    }
    else					// 异常退出
    {
        printf("wait success, child exit signal: %d\n", status & 0x7F);
    }
    break;
}

status 记录 信号 和 退出码 的方式：
00000000 00000000 00000000 00000000

• 高 16 位不需要
• 低 16 位中，次低的 8 位（黑体比特位），储存 退出状态
• 最低 7 位（斜体比特位），储存 终止信号
• 第8位，是 core dump 标志（后面更新，信号篇）

想要自己访问 信号 和 退出码，我们用如下方式：

// 退出码
(status>>8) & 0xFF;
// 终止信号
 status & 0x7F;

所以，

父进程 如何拿到 子进程 的退出码和终止信号的呢？

实际上，进程的 PCB 中，就有这两个成员值。

struct task_struct
{
	// ...
	int exit_code;
	int exit_signal;
	
	task_struct* parent;
};

• 当子进程执行完毕时 main 函数的退出码，写入 PCB 的 exit_code 里
• 如果出异常，OS 会把遇到异常时的信号编号写到 PCB 的 exit_signal 里
• 进程退出之后，OS 会将进程 PCB 维护起来，通过系统调用接口 waitpid / wait，就可以让用户拿到这些数据。

3. 阻塞等待

父进程在 wait 的时候，如果子进程没有退出，父进程只能一直调用 waitpid 进行等待，这就叫 阻塞等待。

• 可以理解为父进程从 R 状态，开始等待，进入 S 状态。
• 这个等待不在运行队列，可以理解为在一个只有它一个节点的等待队列里等待。
• 等待的同时，子进程的 CPB 中找到并挂接到父进程，直到子进程结束，父进程再回到运行队列（R 状态）

如果我们不想 阻塞等待，即 不想在 waitpid 处卡住呢？

• 非阻塞轮询（WNOHANG，waitpid 的最后一个参数）
• 故，我们在日常这样情况的时候，说 这个程序 夯住了。