6.进程的使用方式

6.进程的使用方式

      • [**1. 父子进程的关系**](#1. 父子进程的关系)
      • [**2. 进程的终止**](#2. 进程的终止)
      • [**3. 僵尸进程和孤儿进程**](#3. 僵尸进程和孤儿进程)
      • [**4. 进程资源回收**](#4. 进程资源回收)
      • [**5. exec 函数族**](#5. exec 函数族)
      • [**6. system 函数**](#6. system 函数)
      • [**7. 练习与作业**](#7. 练习与作业)
      • [**8. 进程的退出状态**](#8. 进程的退出状态)
      • [**9. 进程的清理函数**](#9. 进程的清理函数)
      • [**10. 总结**](#10. 总结)

1. 父子进程的关系

  • 子进程是父进程的副本
    • 子进程复制父进程的数据段、堆、栈,共享正文段(代码段)。
    • 子进程从fork之后开始执行,父子进程的执行顺序不确定。
  • 区别
    • fork的返回值不同:
      • 父进程中返回子进程的PID。
      • 子进程中返回0。
    • PID不同:子进程拥有独立的进程ID。

2. 进程的终止

  • 正常终止
    1. main函数中return
    2. exit():C库函数,刷新缓冲区,关闭所有流,执行清理函数(如atexit注册的函数)。
    3. _exit() / _Exit():系统调用,直接终止进程,不刷新缓冲区,不执行清理函数。
  • 异常终止
    4. 主线程退出。
    5. 主线程调用pthread_exit
    6. abort():触发SIGABRT信号终止进程。
    7. 收到信号(如kill命令发送的信号)。
    8. 最后一个线程被pthread_cancel取消。

3. 僵尸进程和孤儿进程

  • 僵尸进程
    • 进程已终止,但其资源未被父进程回收。
    • 父进程可以通过waitwaitpid回收子进程资源。
  • 孤儿进程
    • 父进程先于子进程终止,子进程被init进程(PID=1)接管。
    • 孤儿进程不会成为僵尸进程。

4. 进程资源回收

  • wait
    • 函数原型:pid_t wait(int *status);
    • 功能:阻塞等待任意子进程退出,并回收其资源。
    • 参数:status用于存储子进程的退出状态。
    • 返回值:成功返回子进程PID,失败返回-1。
  • waitpid
    • 函数原型:pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
    • 功能:回收指定子进程的资源。
    • 参数:
      • pid:指定要回收的子进程PID。
      • status:存储子进程的退出状态。
      • options:选项(如WNOHANG表示非阻塞模式)。
    • 返回值:成功返回子进程PID,失败返回-1。

5. exec 函数族

  • 功能:用新程序替换当前进程的地址空间,从新程序的启动例程开始执行。
  • 常见函数
    • execl:以参数列表形式传递参数。
    • execv:以参数数组形式传递参数。
    • execlp:在PATH环境变量中查找可执行文件。
    • execvp:在PATH环境变量中查找可执行文件,并以参数数组形式传递参数。
    • execle:传递环境变量。
    • execve:系统调用,传递参数数组和环境变量。
  • 特点
    • 调用成功时不返回,调用失败时返回-1。
    • 不创建新进程,进程ID不变。

6. system 函数

  • 函数原型:int system(const char *command);
  • 功能:在代码中执行Shell命令。
  • 返回值:成功返回0,失败返回-1。
  • 实现原理fork + exec

7. 练习与作业

  • 练习1:设计一个多进程程序,父子进程分别向同一个文件写入数据,并标明进程ID和时间。
  • 练习2 :使用waitpid函数回收指定子进程资源,并打印其退出状态。
  • 练习3 :使用execlpexecvp启动ps命令,并带参数执行。
  • 作业1 :设计一个多进程程序,父进程获取用户输入并写入文件,子进程读取文件并打印输出。输入quit时双方退出,确保不产生僵尸进程和孤儿进程。
  • 作业2:设计一个多进程程序,将一个大文件分割为多个子文件,并确保子文件可以合并为原始文件。

8. 进程的退出状态

  • 正常退出 :通过exitreturn传递退出状态。
  • 异常退出:通过信号传递终止原因。
  • 状态回收
    • WIFEXITED(status):判断进程是否正常退出。
    • WEXITSTATUS(status):获取正常退出时的状态码。
    • WIFSIGNALED(status):判断进程是否因信号终止。
    • WTERMSIG(status):获取导致进程终止的信号编号。

9. 进程的清理函数

  • atexit
    • 函数原型:int atexit(void (*function)(void));
    • 功能:注册进程退出时执行的函数。
    • 返回值:成功返回0,失败返回非0。
  • 执行顺序atexit注册的函数按注册顺序的逆序执行。

10. 总结

  • 父子进程通过fork创建,子进程是父进程的副本。
  • 进程可以通过exit_exit、信号等方式终止。
  • 僵尸进程和孤儿进程是进程管理中的常见问题,需要通过waitwaitpid回收资源。
  • exec函数族用于替换进程的地址空间,执行新程序。
  • system函数可以方便地在代码中执行Shell命令。
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