应用——Linux进程编程实例分析

代码游侠2025-12-14 8:31

Linux进程编程实例分析

一、基础进程创建与父子关系

1. 基本进程创建（fork.c）

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main()
{

    pid_t ret = fork();
    if(ret>0)
    {
        while(1)
        {
            printf("发视频...\n");
            sleep(1);
        }
    }
    else if (0 == ret)
    {

        while(1)
        {
            printf("接收控制....\n");
            sleep(1);
        }
    }
    else  // <0 -1
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    return 0;
}

要点：

  • 典型的父子进程并发执行模式

  • 通过fork()返回值区分父子进程

  • 创建后父子进程独立运行

2. 父子进程变量共享（fork_var.c）

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int a = 20;
int main()
{

    pid_t ret = fork();
    if(ret>0)
    {
        sleep(3);
        printf("father  a  %d\n",a);
    }
    else if (0 == ret)
    {
        
        a+=10;
        printf("child a is %d\n",a);
    }
    else  // <0 -1
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    printf("a is %d\n",a);
    return 0;
}

写时复制机制：

  • fork()后父子共享内存空间

  • 子进程修改变量时，内核为其分配独立内存副本

  • 父进程的变量值保持不变

3. 获取进程ID（getpid.c）

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main()
{
    int i=10;
    pid_t ret = fork();
    if(ret>0)
    {
        while(i--)
        {
            printf("发视频... pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    else if (0 == ret)
    {

        while(i--)
        {
            printf("接收控制....pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    else  // <0 -1
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    printf("pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    return 0;
}
复制代码 
// 获取并打印进程PID和父进程PPID
getpid();  // 当前进程ID
getppid(); // 父进程ID

二、进程终止与退出状态

1. exit() vs _exit()（exit.c）

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    
    printf("hello");
    _exit(10);//exit(10);
    printf("看见了,exit 就没退出\n");
    return 0;
}
复制代码 
// 
printf("hello");  // 输出"hello"
exit(10);         // 刷新缓冲区，执行清理函数

// 
printf("hello");  // 无输出（缓冲区未刷新）
_exit(10);        // 直接退出，不刷新缓冲区

关键区别：

函数 缓冲区处理 清理函数 标准库调用链
exit() 刷新 执行atexit注册的函数 exit→清理→_exit
_exit() 不刷新 不执行 直接系统调用

2. exit状态码范围

  • 正常范围：-128 ~ 127（8位）

  • 使用WEXITSTATUS(status)获取

三、特殊进程状态

1. 僵尸进程（zombie.c）

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>


int main(int argc, char *argv[])
{
    pid_t pid = fork();
    if(pid>0)
    {
        while(1)
        {
            sleep(1);
        }
    }
    else if(0 == pid)
    {
        printf("child is pid:%d\n",getpid());
        exit(0);
    }
    else 
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    return 0;
}
复制代码 
// 子进程：立即退出，成为僵尸进程
// 父进程：无限循环，不回收子进程状态

僵尸进程特征：

  • 子进程已终止，但父进程未调用wait()

  • PCB未被释放，占用内核资源

  • 可通过ps aux | grep defunct查看

2. 孤儿进程（organ.c）

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>


int main(int argc, char *argv[])
{
    pid_t pid = fork();
    if(pid>0)
    {
        printf("father is pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());
        exit(0);
    }
    else if(0 == pid)
    {
        int i =3;
        while(i--)
        {
            printf("child is pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    else 
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    return 0;
}
复制代码 
// 父进程：立即退出
// 子进程：循环3次，每次sleep(1)
// 现象：子进程的ppid变为1（被init进程收养）

孤儿进程处理：

  • 父进程退出后，子进程被init进程接管

  • 新父进程（init）负责资源回收

  • 不会成为僵尸进程

四、进程状态回收

1. 基本回收（wait.c）

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char *argv[])
{

    pid_t pid = fork();
    if(pid>0)
    {
        
        printf("father pid:%d\n",getpid());
        pid_t recycle = wait(NULL);
        printf("recycle pid %d\n",recycle);
        while(1)
        {
            sleep(1);
        }

    }
    else if(0 == pid)
    {
        printf("child  pid:%d\n",getpid());
        sleep(3);
        exit(1);
    }

    else 
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    return 0;
}
复制代码 
// 父进程：阻塞等待任意子进程退出
wait(NULL);  // 不关心退出状态
// 回收成功后继续执行

2. 带状态回收（wait2.c）

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char *argv[])
{

    pid_t pid = fork();
    if(pid>0)
    {
        
        printf("father pid:%d\n",getpid());
        int status=0;// 退出状态值  32bit 
        pid_t recycle = wait(&status);
        if(WIFEXITED(status)) //正常结束
        {
            
            printf("正常结束,recycle pid %d,子进程的退出值:%d\n",recycle,WEXITSTATUS(status));
        }
        if(WIFSIGNALED(status)) //异常结束
        {
            
            printf("异常结束,recycle pid %d,信号数:%d\n",recycle, WTERMSIG(status));
        }


    }
    else if(0 == pid)
    {
        printf("child  pid:%d\n",getpid());
        sleep(10);
        exit(50); // -128-127   退出值  8bit
    }

    else 
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    return 0;
}
复制代码 
int status;
wait(&status);  // 获取退出状态

// 状态检查宏：
WIFEXITED(status)    // 是否正常退出
WEXITSTATUS(status)  // 获取退出值（正常退出时）
WIFSIGNALED(status)  // 是否信号终止
WTERMSIG(status)     // 获取信号编号（信号终止时）

状态值存储结构：

  • status是32位整数

  • 高16位：退出值/信号编号

  • 低16位：退出原因标志位

五、多进程创建与控制

1. 创建多个子进程（many_child.c）

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    int n =5;
    int i = 0 ;
    printf("father pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());
    for(i = 0 ;i<5;i++)
    {
        pid_t pid = fork();
        if(pid>0)
        {
            continue;
        }
        else if (0 == pid)
        {
        
            printf("child pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());
            return 0; // break;
        }
        else 
        {
            perror("");
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}
复制代码 
// 父进程循环创建5个子进程
// 关键：子进程创建后立即return，避免继续fork

六、进程数量监控（log_proc_num.c）

1. 功能说明

  • 父子进程分别统计系统中进程数量

  • 将统计结果和时间戳写入日志文件

  • 父子进程执行频率不同（父3秒，子5秒）

2. 进程统计方法

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <dirent.h>
#include <time.h>

int isnum(char* name)
{
    while(*name)
    {
        if(*name>='0'&& *name<='9')
        {

        }
        else
        {
            return 0;
        }
        name++;
    }
    return 1;

}

int proc_count(char *pathname)
{
    DIR *dir = opendir(pathname);
    if (NULL == dir)
    {
        perror("proc_count opendir\n");
        return 1;
    }
    int count = 0;
    while (1)
    {
        struct dirent *info = readdir(dir);
        if (NULL == info)
        {
            break;
        }
        if(DT_DIR == info->d_type)
        {
            if(isnum(info->d_name))
            {
                count++;
            }
        }
    }


    closedir(dir);
    return count;
}


int main(int argc, char *argv[])
{

    FILE* fp = fopen("log","w");
    if(NULL == fp)
    {
        perror("fopen");
        return 1;
    }
    pid_t pid=fork();
    if(pid>0)
    {
    
        int i  = 0;
        for(i=0;i<3;i++)
        {
            int num = proc_count("/proc");
            time_t tm;
            time(&tm);
            struct tm *info = localtime(&tm);
            fprintf(fp,"father, pid: %d proc_num:%d %d:%d:%d\n",getpid(),num,info->tm_hour,info->tm_min,info->tm_sec);
            fflush(fp);
            sleep(3);
        }
    }
    else if (0 == pid)
    {
        int i  = 0;
        for(i=0;i<2;i++)
        {
            int num = proc_count("/proc");
            time_t tm;
            time(&tm);
            struct tm *info = localtime(&tm);
            fprintf(fp,"child, pid: %d proc_num:%d %d:%d:%d\n",getpid(),num,info->tm_hour,info->tm_min,info->tm_sec);
            fflush(fp);
            sleep(5);
        }
    }
    else 
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    return 0;
}
复制代码 
// 统计/proc目录下的数字目录名
// 每个数字目录对应一个进程
int proc_count(char *pathname) {
    // 遍历/proc目录
    // 检查目录名是否全为数字
    // 统计有效进程目录数量
}

进程标识：

  • /proc/[pid]/ - 进程信息目录

  • 有效进程目录名均为数字

七、进程编程总结

1. 进程创建流程

  1. 调用fork()创建子进程

  2. 根据返回值区分父子进程

  3. 父子进程各自执行代码

  4. 子进程结束前向父进程传递退出状态

  5. 父进程调用wait()回收子进程

2. 常见问题与解决

问题 原因 解决方案
僵尸进程 父进程未调用wait() 父进程wait()回收
孤儿进程 父进程先退出 由init进程自动回收
缓冲区不刷新 使用_exit()退出 使用exit()或fflush()
多进程循环fork 子进程继续执行循环 子进程中break/return

3. 最佳实践

  1. 资源回收：父进程应及时调用wait()回收子进程

  2. 状态检查：使用WIFEXITED等宏检查退出原因

  3. 进程同步：考虑进程间通信和同步需求

  4. 错误处理：检查fork()返回值，处理创建失败情况

  5. 日志记录：关键操作添加日志，便于调试

4. 系统调用对比

函数 类型 主要用途
fork() 系统调用 创建新进程
exit() 库函数 正常退出，清理资源
_exit() 系统调用 立即退出，不清理
wait() 系统调用 阻塞等待子进程结束
getpid() 系统调用 获取当前进程ID
getppid() 系统调用 获取父进程ID
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