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进程创建
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。
返回值：
子进程中返回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之后，父子进程代码共享
运行之后：
我们可以观察到fork之前的代码执行了一次，而fork之后的代码执行了两次，其中Before是由父进程打印的，而调用fork函数之后打印的两个After，则分别由父进程和子进程两个进程执行。也就是说，fork之前父进程独立执行，而fork之后父子进程两个执行流分别执行
**注意：**fork之后，父进程和子进程谁先执行完全是由调度器决定
fork函数返回值
fork函数为什么要给子进程返回0，给父进程返回子进程的pid？
一个父进程可以创建很多个子进程，而一个子进程只能有一个父进程。因此对于子进程来说，父进程是不需要被标识的；而对于父进程来说，子进程是需要被标识的，因为父进程创建子进程的目的是让其执行任务的，父进程只有知道了子进程的pid才能很好的对子进程指派任务
为什么fork有两个返回值？
父进程调用fork函数后，为了创建子进程，fork函数内部将会进行一系列操作，包括创建子进程的进程控制块（PCB - task_struct）,创建子进程的进程地址空间，创建子进程对应的页表等等。子进程创建完毕之后，操作系统还需要将子进程的进程控制块添加到系统进程列表当中，此时子进程便创建完毕了
也就是说，在fork函数内部执行return语句之前，子进程就已经创建完毕了，那么之后的return语句不仅父进程需要执行，子进程也同样需要执行，这就是fork有两个返回值的原因
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:
1.为什么数据要进行写时拷贝？
进程具有独立性。多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰，不能让子进程的修改影响到父进程
2.为什么不创建子进程的时候就进行数据的拷贝？
子进程不一定会使用父进程的所有数据，并且在子进程不对数据进行写入的情况下，没有必要对数据进行拷贝，我们应该按需分配，在需要修改数据的时候再分配（延迟分配），这样可以高效的使用内存空间
3.代码会不会进行写时拷贝？
90%的情况下不会的，但着并不代表代码不能进行写时拷贝，例如再进行进程替换的时候，则需要进行代码的写时拷贝
fork常规用法
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。
fork调用失败的原因
fork函数创建子进程也可能会失败，有以下两种情况：
1.系统中有太多的进程
2.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，结果不正确
- 代码异常终止
进程退出码
进程退出码
我们都知道main函数是代码的入口，但实际上main函数只是用户级别代码的入口，main函数也是被其他函数调用的，例如在VS2022当中main函数就是被一个名为__tmainCRTStartup的函数所调用，而__tmainCRTStartup函数又是通过加载器被操作系统所调用的，也就是说main函数是间接性被操作系统所调用的。
既然main函数是间接性被操作系统所调用的，那么当main函数调用结束后就应该给操作系统返回相应的退出信息，而这个所谓的退出信息就是以退出码的形式作为main函数的返回值返回，我们一般以0表示代码成功执行完毕，以非0表示代码执行过程中出现错误，这就是为什么我们都在main函数的最后返回0的原因。
当我们的代码运行起来就变成了进程，当进程结束后main函数的返回值实际上就是该进程的进程退出码，我们可以使用echo $?命令查看最近一次进程退出的退出码信息。
例如，对于下面这个简单的代码：
该进程结束之后我们可以查看该进程的退出码：
使用echo $?指令
这时，我们就可以确定以上代码顺序执行
为什么以0表示代码执行成功，以非0表示代码执行错误？
因为成功只有一种情况，成功了就算成功了，而失败有很多种情况，例如：野指针问题，除0错误，栈溢出，越界访问，内存空间不足等原因
c语言中的strerror函数可以通过错误码来获取该错误码对应的错误信息：
运行之后，我们就可以得到错误码所对应的错误信息
实际上再Linux中的 pwd ，ls指令都是可执行程序，在其执行完毕之后也会有退出码
顺序运行之后退出码为0
但是，如果我们使用的是错误的指令，它会返回非0的错误码
进程常见退出方法
exit函数
-
执行用户通过 atexit或on_exit定义的清理函数。
-
关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入（刷新缓冲区）
-
调用**_exit**终止进程
exit在退出进程时，会先将缓冲区的数据输出，在终止进程
运行之后，我们可以看到，缓冲区的数据输入到了缓冲区上
_exit函数
尽量不要去使用这个接口，它可以在程序的任何地方使用，使用时会直接终止掉程序，并不会再终止程序前做任何收尾工作
以下代码在使用_exit终止程序，缓冲区的数据不会被刷新出来
代码运行之后：
通过观察可以发现缓冲区的数据并没有刷新出来
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。
return、exit和_exit之间的区别与联系
return、exit和_exit之间的区别
只有在main函数中return 才能起到退出进程的作用，在其它子函数中只会退出该函数并不会退出进程，exit和_exit可以在代码中任何地方使用，都有退出进程的作用
使用exit函数退出进程前，exit函数会执行用户定义的清理函数、冲刷缓冲，关闭流等操作，然后再终止进程，而_exit函数会直接终止进程，不会做任何收尾工作。
return、exit和_exit之间的联系
执行return n等同于执行exit(n)，因为在main函数运行结束之后，return的返回值会当作exit函数的参数，来调用exit函数
使用exit函数退出进程前，exit函数会先执行用户定义的清理函数、冲刷缓冲，关闭流等操作，然后再调用_exit函数终止进程。
进程异常退出
情况一：向进程发出信号导致进程异常退出
例如：对一个进程使用 kill -9 pid 或者 使用ctrl+C使进程异常退出
情况二：代码错误导致进程运行时异常退出
例如：代码执行时遇到野指针或者遇到除0错误时，进程异常退出
进程等待
进程等待的必要性
1.子进程退出，父进程如果不管不顾，就可能造成'僵尸进程'的问题，进而造成内存泄漏。
2.进程一旦变成僵尸状态，连kill -9 也无法杀掉该进程，因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程。
3.父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道。如，子进程运行完成，结果对还是不对， 或者是否正常退出。
4.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
获取子进程status
下面进程等待所使用的两个函数wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统进行填充
如果对status这个参数传入NULL，则表示不关心子进程的退出状态信息，否则操作系统会通过该参数将子进程的退出信息反馈给父进程
status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待，具体细节如下图（只研究status低16比特位）：
在status低十六位中，高八位表示进程的退出状态（退出码），
进程若是被信号所杀，则低7位表示终止信号，而第八位比特位是core dump 标记
我们可以通过一系列位操作，就可以根据status得到进程的退出码和退出信息
cpp
exitCode = (status >> 8) & 0xff; //退出码
exitSignal = status & 0x7f; //退出信号对于次系统还提供了两个宏来获取退出码和退出信号
WIFEXITED(status)：用于查看进程是否正常退出，本质是检查是否收到信号
WEXITSTATUS(status)：用于获取进程的退出码
cpp
exitNormal = WIFEXITED(status); //是否正常退出
exitCode = WEXITSTATUS(status); //获取退出码注意：当一个进程非正常退出时，说明该进程是被信号所杀死，那么该进程的退出码也就没意义了
进程等待的方法
wait方法
函数原型： pid_t wait(int* status);
作用：等待任意子进程
返回值：等待成功返回被等待进程的pid，等待失败返回-1
参数：输出型参数，获取子进程的退出状态，不关心可设置为NULL
例如：创建子进程之后，父进程可使用wait函数一直等待子进程，直到子进程退出后读取子进程的退出信息
cpp
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <sys/types.h>
5 #include <sys/wait.h>
6
7 int main()
8 {
9 pid_t id = fork();
10 if(id == 0) //child
11 {
12 int cnt = 10;
13 while(cnt)
14 {
15 printf("I am child!. pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid()) ;
16 sleep(1);
17 cnt--;
18 }
19 exit(0);
20 }
21
22 //parent
23 int status = 0;
24 pid_t ret = wait(&status);
25
26 if(ret > 0)
27 {
28 printf("wait child success...\n");
29 if(WIFEXITED(status)) //exit normal
30 {
31 printf("exit code: %d", WEXITSTATUS(status));
32 }
33 }
34
35 sleep(3);
36 return 0;
37 }我们可以使用监控脚本来对本进程进行实时监控：
cpp
while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myproc | grep -v grep; echo "###############"; sleep 1; done
这时我们可以看到，当子进程退出之后，父进程读取了子进程的退出信息，子进程也就不会变成僵尸进程了
waitpid方法
函数原型： pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
作用：等待指定子进程或任意子进程
返回值：
1.等待成功返回被等待进程的pid
2.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
3.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：
1.pid：待等待子进程的pid，若设置为-1，则等待任意子进程
2.status：输出型参数，获取子进程的退出状态，不关心可设置为NULL
3.option：当设置WNOHANG|时，若等待的子进程没有结束，则waitpid函数直接返回0，不予以等待，若正常结束，则返回该子进程的pid
例如：创建子进程之后，父进程可以使用waitpid函数一直等待子进程（此时将waitpid的第三个参数设置为0），直到子进程退出后读取子进程的退出信息
cpp
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <sys/types.h>
5 #include <sys/wait.h>
6
7 int main()
8 {
9 pid_t id = fork();
10 if(id == 0) //child
11 {
12 int count = 10;
13 while(count)
14 {
15 printf("I am child..., pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
16 sleep(1);
17 count--;
18 }
19 exit(0);
20 }
21
22 //parent
23 int status = 0;
24 pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
25 if(ret > 0)
26 {
27 printf("Wait success....\n");
28 //wait success
29 if(WIFEXITED(status))
30 {
31 //exit normal
32 printf("exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
33 }
34 else
35 {
36 //signal kill
37 printf("signal kill: %d\n", status&0x7F);
38 }
39 }
40
41 sleep(3);
42
43 return 0;
44 }在父进程运行的过程中，我们可以尝试使用kill -9命令将子进程杀死，这时父进程也能等待子进程成功
**注意：**被信号杀死而退出的进程，其退出码将没有意义
多进程创建以及等待的代码模型
实际上我们还可以同时创建多个子进程，然后让父进程依次等待子进程退出，这叫做多进程创建以及等待的代码模型
例如以下代码中同时创建了10个子进程，同时将子进程这些子进程的pid放入到数组中
cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
int ids[10] = {0};
for(int i = 0; i < 10; ++i)
{
pid_t id = fork();
if(id == 0) //child
{
printf("child create success...:%d pid: %d, ppid: %d\n", i, getpid(), getppid());
//sleep(1);
exit(i);
}
//parent
sleep(1);
ids[i] = id;
}
int status = 0;
for(int i = 0; i < 10; ++i)
{
pid_t ret = waitpid(ids[i], &status, 0);
if(ret >= 0)
{
printf("wait success...\n");
if(WIFEXITED(status))
{
//exit normal
printf("exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
sleep(1);
}
else
{
//signal kill
printf("exit signal: %d\n", status&0x7F);
sleep(1);
}
}
}
return 0;
}运行如下：
非阻塞轮询
在上述的例子中，当子进程未退出时，父进程都在一直等待子进程的退出，在等待期间，在等待期间父进程没有做任何事情，这种父进程处于阻塞状态下的等待叫做阻塞等待
实际上我们可以让父进程不要一直等待子进程退出，而是当子进程未推出时父进程苦于做一些自己的事情，当子进程未退出时父进程可以做一些自己的事情，当子进程退出时再读取子进程的退出信息，即：非阻塞等待
向waitpid函数的第三个参数potions传入WNOHANG，这样一来，等待的子进程若是没结束，那么waitpid函数将直接返回0，不予以等待。而等待的子进程若是正常结束，则返回子进程的pid
例如，父进程可以隔一段时间调用一次waitpid函数，若是等待的子进程尚未退出，则父进程可以去做一些其他事，过一段时间在调用waitpid函数读取子进程的退出信息
cpp
int main()
{
pid_t id = fork();
//child
if(id == 0)
{
int cnt = 3;
while(cnt--)
{
printf("child do something...PID:%d, PPID:%d\n", getpid(), getppid());
sleep(3);
}
exit(0);
}
//parent
while(1)
{
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id, &status, WNOHANG);
if(ret > 0)
{
printf("wait child success...\n");
printf("exit code:%d\n", WEXITSTATUS(status));
break;
}
else if(ret == 0)
{
printf("parent do other things...\n");
sleep(1);
}
else
{
printf("waitpid error...\n");
break;
}
}
return 0;
}运行结果：父进程每隔一段时间进去查看子进程是否退出，若为退出则父进程先去忙自己的事情，过一段时间再来查看，直到子进程退出之后读取子进程的退出信息
