Linux进程控制

目录

进程创建

fork函数初识

fork函数返回值

写时拷贝

fork常规用法

fork调用失败的原因

进程终止

进程退出场景

进程常见退出方法

进程等待

进程等待必要性

进程等待的方法

wait方法

waitpid方法

获取子进程status

补充：

---

进程创建

fork函数初识

在linux中fork函数是非常重要的函数，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。

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

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，看如下程序。

int main( void )
{
 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;
} 
 
运行结果：
[root@localhost linux]# ./a.out
Before: pid is 43676
After:pid is 43676, fork return 43677
After:pid is 43677, fork return 0

这里看到了三行输出，一行before，两行after。进程43676先打印before消息，然后它又打印after。另一个after 消息有43677打印的。注意到进程43677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。

fork函数返回值

• 子进程返回0
• 父进程返回的是子进程的pid。

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拷贝一份副本。具体见下图:

可以看到我们的父进程/子进程要修改数据时，为了保证进程间的独立性，操作系统就会采用写时拷贝。

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

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

进程常见退出方法

正常终止（可以通过 echo $? 查看进程退出码）：

1. 从main返回（比如我们平时写代码时的return 0）

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。

2. 调用exit

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

exit其实最后会调用_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

3. _exit

#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（32位），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。

进程等待

进程等待必要性

• 之前讲过，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。
• 另外，进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，"杀人不眨眼"的kill -9 也无能为力，因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程。
• 最后，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。
• 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（主要）

进程等待的方法

wait方法

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
 
pid_t wait(int*status);
 
返回值：
 成功返回被等待进程pid，失败返回-1。
参数：
 输出型参数，获取子进程退出状态,不关心则可以设置成为NULL

waitpid方法

pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
返回值：
 当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的进程ID；
 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；
 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：
 pid：
 Pid=-1,等待任一个子进程。与wait等效。
 Pid>0.等待其进程ID与pid相等的子进程。
 status:
 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）
 options:
 WNOHANG: 若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回该子进
程的ID。

• 如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退出信息。
• 如果在任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞。
• 如果不存在该子进程，则立即出错返回。

父进程会连接到子进程pcb，等待其完成后唤起父进程。

获取子进程status

• wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。
• 如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。
• 否则，操作系统会根据该参数，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）：

低8位也就是下标8~15，是我们的错误码信息，0~7中前7位是我们的进程信号区，后一位是我们的标志区。

我们想取到错误码或进程信号可以通过代码实现。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

void ChildRun()
{
    int cnt = 5;
    while(cnt)
    {
        printf("I am child process,pid: %d,ppid: %d\n",getpid(),getppid());
        sleep(1);
        cnt--;
    }
}


int main()
{
    printf("I am father process, pid: %d, ppid: %d\n",getpid(),getppid());

    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        ChildRun();
        printf("child quit!\n");
        exit(1);
    }
    sleep(10);
   // pid_t rid = wait(NULL);
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id,&status,0);
    if(rid > 0)
    {
        printf("wait success,rid: %d,status: %d,child quit code: %d,child quit signal:%d\n",rid,status,(status>>8)&0xFF,status & 0x7F);
    }
    sleep(5);

}

我们可以拿到我们的错误码1.

补充：

我们也可以通过异常终止来获取信号量。

衡量一个程序的退出我们只需要看两个，一个退出码，一个退出信号。

当退出码返回0，退出信号返回0，程序完美运行。

当退出码返回非0，退出信号返回0，程序运行完但有运行错误。

当退出信号返回非0，代表程序异常终止，不必再关心退出码。