序言：

在上期，我们已经对 Linux的进程的相关知识进行了相关的学习。接下来，我们要学习的便是关于进程控制的基本知识！！！

（一）进程创建

1、fork函数初识

2、写时拷贝

3、fork使用场景

4、fork调用失败的原因

（二）进程终止

1、进程退出场景

2、进程常见退出方法

1️⃣echo $?

2️⃣return退出

3️⃣exit函数

4️⃣_exit函数

5️⃣exit 和 _exit 的区别

总结

（一）进程创建

1、fork函数初识

在linux中fork函数时非常重要的函数，它从已存在进程中创建一个新进程。新进程为子进程，而原进程为父进程。

fork()函数，其原型如下：

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

返回值：自进程中返回 0，父进程返回子进程id，出错返回 -1

fork() 函数不需要参数，返回值是一个进程标识符 PID 。返回值有以下三种情况：

（1）对于父进程，fork()函数返回新创建的子进程的PID。
（2）对于子进程，fork()函数调用成功会返回0。
（3）如果创建出错，fork()函数返回-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

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它们自己的旅程。

具体看如下程序：

  #include<stdio.h>
  #include<unistd.h>
  #include<stdlib.h>
  
  int main(  )
  {
    pid_t pid;
    printf("Before: pid is %d\n", getpid());
   
   if ((pid = fork()) == -1) {
      perror("fork()");
      exit(1);
   }
   printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);
   sleep(1);                                                                                                                                                           
  
   return 0;
 }

输出结果如下：

【说明】

这里看到了三行输出，一行before，两行after。进程43676先打印before消息，然后它有打印after。另一个after消息有 20348 打印的。注意到进程 20348 没有打印before，为什么呢？

如下图所示：

所以， fork 之前父进程独立执行， fork 之后，父子两个执行流分别执行。注意， fork之后，谁先执行完全由调度器决定。

2、写时拷贝

创建进程的时候，会使用写时拷贝技术来优化内存资源的使用，避免不必要的内存复制。

写时拷贝是一种延迟内存复制的策略，在创建子进程时不会立即复制整个父进程的内存空间，而是让父进程和子进程共享同一份物理内存。只有在需要修改共享内存内容的时候，才会进行实际的内存复制，以保证各个进程之间的隔离性。

下面是一个简单的示例代码，展示了创建进程时的写时拷贝特性：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() 
{
    int data = 123;
    pid_t pid = fork();

    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    } 
    else if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("Child: data = %d\n", data);
        data = 456;  // 修改共享内存中的内容
        printf("Child: modified data = %d\n", data);
    } 
    else {
        // 父进程
        sleep(1);  // 等待子进程执行完毕
        printf("Parent: data = %d\n", data);
    }

    return 0;
}

运行这段代码，输出结果如下：

【说明】

可以看到，父进程和子进程在创建时共享了同一份内存空间，即data变量；
当子进程对data进行修改后，父进程的data并没有发生变化，实现了进程之间的隔离。这就是写时拷贝技术的效果。

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：

3、fork使用场景

1、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。
2、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

4、fork调用失败的原因

fork()调用失败的原因可能有以下几种情况：

系统资源不足：当系统没有足够的资源（如可用内存、进程表项等）来创建新的进程时，fork()调用可能会失败。
达到了进程限制：系统对同时存在的进程数量设置了限制，如果已经达到了这个限制，再进行fork()调用就会失败。
进程权限不足：如果当前进程不具有创建子进程的权限，例如在特殊的用户模式下或者进程受到了某些权限限制，fork()调用也会失败。

（二）进程终止

1、进程退出场景

有多种场景会导致进程退出，以下是一些常见的进程退出场景：

正常退出：进程执行完了所有的任务，或者遇到了终止条件，主动调用了exit()函数或返回了main()函数的末尾，从而正常退出进程。
异常退出：进程在执行过程中遇到了错误或异常情况，无法继续执行下去，例如访问非法内存、除以零等。此时，操作系统会将异常信息传递给进程的错误处理机制，进程可能会执行相应的错误处理操作后终止。
进程被操作系统终止：操作系统可能会因为某些原因（如内存资源紧张、系统崩溃等）需要终止进程，从而导致进程退出。

这些仅是一些常见的进程退出场景，具体情况还可能根据操作系统和应用程序的不同而有所差异。处理进程退出的方式也会因为不同的场景而有所变化，例如通过信号处理函数、异常处理机制等来进行适当的处理。

2、进程常见退出方法

不知道大家是否知道每次写代码都会在末尾加上return 0; 这是为什么？

在C/C++程序中，最后的return 0;语句用于指示程序的正常退出，并且返回退出码为0；
在UNIX/Linux系统中，退出码为0表示程序成功地执行完成并且没有发生错误。

退出码是一个整数值，通常在范围0-255之间。不同的退出码可以用于指示不同的情况，例如指示程序的执行状态、错误码、操作结果等。在编写C/C++程序时，根据程序的需要，可以使用不同的退出码。

一般来说，返回0作为退出码主要用于表示程序成功执行完成，并且没有发生任何错误。这在脚本或其他程序通过检查退出码来判断程序是否成功执行时非常有用。如果程序成功执行完成，它将返回0，否则可能返回其他非零的退出码，以表示不同的错误情况。

1️⃣echo $?

echo $?是一个命令，用于在终端中显示上一个执行的命令的退出状态码。在大多数操作系统中，退出状态码为0表示上一个命令正常执行完成，非零的状态码通常表示出现了错误或异常情况。

当你在终端中执行echo $?时，它会显示上一个命令的退出状态码。例如，如果你之前执行了一个成功的命令，那么echo $?将显示0。如果上一个命令出现了错误，那么echo $?将显示非零的状态码，以反映出错的原因。

代码演示：

#include <stdio.h>

int main() 
{
    int sum = 0;

    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        sum += i;
    }

    if (sum == 5050) {
        printf("和为5050\n");
        return 0;
    } 
    else {
        printf("和不为5050\n");
        return 1;
    }
}

结果展示：

当我们把循环体的范围改为 i<=101; 在查看此时的退出码为多少：

当我们把错误时的退出码改为 return 11; 在查看此时的退出码为多少：

【注意】

正常终止（可以通过 echo $? 查看进程退出码）

1. 从main返回
2. 调用exit
3. _exit

异常退出：

ctrl + c，信号终止

2️⃣return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。

3️⃣exit函数

原型如下：

#include <unistd.h>

void exit(int status);

exit最后也会调用exit, 但在调用exit之前，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，所有的缓存数据均被写入

3. 调用 _exit

代码示例：


  #include<stdio.h>
  #include<unistd.h>
  #include<stdlib.h>
   
  int add_to_top(int top)
  {
      printf("enter add_to_top\n");
      int sum = 0;
      for(int i = 0; i <= top; i++)
      {
          sum += i;
      }
      exit(123);
      printf("out add_to_top\n");
      return sum;
  }
  
  int main()
  {
  
      int result = add_to_top(100);
      if(result == 5050)                                                                                                                                               
        return 0;
      else
        return 11; //计算结果不正确
  }

结果展示：

4️⃣_exit函数

原型如下：

#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】

虽然status是int，但是仅有低8位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时，在终端执行$?发现返回值是255

结果展示：

5️⃣exit 和 _exit 的区别

exit()和_exit()是两个不同的函数，用于终止程序的执行，但它们有一些区别：

exit()

exit()是C和C++标准库中提供的函数。
调用exit()函数将导致正常的程序终止流程。它首先执行注册的终止处理函数（通过atexit()函数注册的函数），然后关闭所有标准I/O流（例如stdin、stdout、stderr），最后返回到操作系统。
在执行exit()之前，还会对静态全局变量、全局对象析构函数、自动变量和动态内存进行清理和释放。
exit()还允许程序向操作系统返回一个退出状态码，这个状态码可以在其他程序或脚本中用来判断程序的执行结果。

_exit()