Linux(4)(上)

一.进程创建

1.1 fork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。

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。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
    pid_t pid;
    printf("Before: pid is %d\n", getpid());
    if ((pid = fork()) == -1)
    {
        perror("fork()"),
        exit(1);
    }
    //这里会被子进程和父进程各执行一次
    printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);
    sleep(1);
    return 0;
}
//执行结果
/*
Before: pid is 43676
After:pid is 43676(父进程pid), fork return 43677//fork的返回值
After:pid is 43677(子进程pid), fork return 0//fork的返回值
*/

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

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

1.2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:

二.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

退出知识补充

• 退出场景1和2是采用退出码（return值）来判定，可以用echo $?，来查看最近一次进程的退出码

• 谁会关心退出码呢，其实就是该进程的父进程，父进程之所以要关心其实就是要反映给用户

• 退出场景3此时我们不在关心退出码，而是关心异常中断后发出的信号（这个后面会讲是什么）

进程常见退出方法

正常终止：

• 从main的return返回

• 调用exit

• _exit

异常退出：

• ctrl + c

正常终止补充

return和exit的区别

• return：表示当前函数返回

• exit：表示进程返回

exit和_exit的区别

• 前者是库函数后者是系统调用

*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

因此返回只推荐使用return和exit。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。

三.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，就会造成'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，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

了解进程等待

1. 是什么

   通过系统调用wait/waitpid，来进行对子进程进行状态检查和回收的功能

2. 为什么

   解决僵尸进程，获取子进程的退出情况

进程等待的方法

1. wait方法

// 等待任意一个子进程终止，并回收其资源
#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *wstatus);

// 参数:
//   wstatus - 指向整型的指针，用于接收子进程的退出状态（可为 NULL）

// 返回值:
//   成功：返回已终止子进程的 PID
//   出错（如当前无子进程）：返回 -1，并设置 errno

• wait是等待任意一个子进程退出，然后对其进行回收，随后会立即返回

• 当子进程不退出的时候，那么父进程将保持这个状态直至子进程退出，这个情况叫做阻塞状态

• 如果不存在子进程，则报错返回

2. waitpid方法

// 等待指定子进程状态变化（如退出、暂停），并可选择是否阻塞
#include <sys/wait.h>
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Pid；
    //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：//只能等待当前进程的子进程，如果不是当前进程的子进程会报错

//        Pid=-1,等待任意一个子进程。与wait等效
//        Pid>0.等待与Pid相等的子进程。
        //只讲解这两个重要的

//    status:
//    	NULL://不关心子进程返回
//        &status://想获取退出码

//    options:
//    	0://阻塞方式

        //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Pid。
//        WNOHANG://非阻塞

• 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。

阻塞你可以理解，它不来你不走（父进程卡住）；非阻塞可以理解，看到它一起走（返回子进程的Pid），没看到我自己走（父进程返回0）。

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）
  

• 所以查看终止信号发现最大值是64不就刚好是用了七位

• 因此查看status是否有异常**（status&0x7F（0111 1111））**

• 看status的退出状态**（（status>>8）&0xFF（1111 1111）））**

• 不过不推荐上面两种写法，只推荐下面的写法

WIFEXITED:   //若为正常终止子进程返回的状态，则为真


WEXITSTATUS: //若WIFEXITED非零，提取子进程退出码
        

WTERMSIG: //WIFEXITED非零，用于获取杀死子进程的信号编号

if (WIFEXITED(status))
{
    printf("正常退出，code = %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
else if (WIFSIGNALED(status))
{
    printf("被信号 %d 杀死\n", WTERMSIG(status));
}

非阻塞轮询

• 非阻塞：父进程不会等待waitpid的返回值，而是可以执行下面的代码

• 轮询：代码采用循环，让父进程多次询问其子进程的返回值

今天的知识都是非常非常非常重点的，重要的事情说三遍，因此一定一定要记牢，要清楚进程创建用什么，进程退出用什么，进程等待用什么！