在Linux系统中，进程是程序执行的基本单位。理解进程如何结束、父进程如何回收子进程资源，以及进程如何执行新的程序，是掌握系统编程的关键。本篇博客将深入探讨进程的终止、等待和程序替换。
一、进程终止
当一个进程完成其任务或遇到异常时，它需要终止。进程终止的本质是操作系统回收其占用的资源（如内存、文件描述符等）。
1. 进程退出的场景
进程退出主要有三种场景：
-
代码运行完毕，结果正确：这是最理想的情况。
-
代码运行完毕，结果不正确：程序逻辑执行完成，但可能由于输入或逻辑错误，得到了错误的结果。
-
代码异常终止 ：进程在运行过程中被信号（如
SIGSEGV段错误）终止。
2. 进程退出的方法
正常终止：
-
从
main函数返回 ：return 0等同于调用exit(0)。 -
调用
exit函数：这是标准的库函数，在终止进程前会执行清理工作。 -
调用
_exit或_Exit函数：这是系统调用，直接终止进程，不做任何清理。
异常退出：
-
通过
Ctrl+C产生SIGINT信号终止进程。 -
其他信号，如
kill -9发送的SIGKILL。
3. 退出码
进程退出时，会有一个 退出码 ，用于向启动它的进程（通常是父进程或Shell）报告自己的终止状态。可以通过 echo $?命令查看上一个命令的退出码。
常见的退出码及其含义如下：
| 退出码 | 解释 |
|---|---|
| 0 | 命令成功执行 |
| 1 | 通用错误代码 |
| 2 | 命令或参数使用不当 |
| 126 | 权限被拒绝或无法执行 |
| 127 | 未找到命令（PATH错误） |
| 128+n | 命令被信号终止（n为信号编号） |
| 130 (128+2) | 通过 Ctrl+C(SIGINT) 终止 |
| 143 (128+15) | 通过 SIGTERM（默认终止信号）终止 |
注意 ：_exit(int status)函数中，虽然 status是 int类型，但只有低8位会被父进程使用。所以 _exit(-1)在 Shell 中查看到的退出码是 255。
4. exit与 _exit的区别
这是理解进程终止的一个关键点。
-
_exit：系统调用。直接使进程终止，立即关闭所有文件描述符，不会刷新（flush）标准I/O缓冲区。 -
exit：库函数 。它在调用_exit之前，会先执行以下清理工作：-
执行用户通过
atexit()或on_exit()注册的清理函数。 -
关闭所有打开的流（标准I/O流，如
stdout），并将缓冲区中的数据写入文件。
-
示例对比：
// 示例1：使用 exit
int main() {
printf("hello"); // 注意：字符串后没有换行符 \n
exit(0);
}
// 运行结果：输出 hello
// 因为 exit 会刷新缓冲区，将 "hello" 写入标准输出。
// 示例2：使用 _exit
int main() {
printf("hello");
_exit(0);
}
// 运行结果：可能没有任何输出
// 因为 _exit 直接终止进程，缓冲区中的 "hello" 未被刷新。二、进程等待
1. 为什么需要进程等待？
当一个子进程先于父进程终止时，如果父进程不采取任何措施，子进程就会进入 **"僵尸进程"** 状态。
-
僵尸进程的危害 ：僵尸进程保留了其在内核中的进程描述符等少量资源，如果父进程一直不回收，会导致资源泄漏（内存泄漏）。更严重的是，僵尸进程"刀枪不入"，连
kill -9也无法杀死。 -
获取子进程信息：父进程需要通过等待来获取子进程的退出状态，判断其是正常结束还是异常退出，以及正常的退出码是多少。
因此，进程等待 是父进程的 责任，其主要目的有两个：
-
回收子进程资源，防止僵尸进程的产生。
-
获取子进程的退出信息。
2. 进程等待的方法
主要有两个函数：wait和 waitpid。
wait函数
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);-
作用：阻塞等待任意一个子进程退出。
-
参数 ：
status是一个输出型参数，用于获取子进程的退出状态。如果不关心状态，可设置为NULL。 -
返回值：成功则返回被等待子进程的PID，失败返回-1。
waitpid函数
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);-
作用：功能更强大，可以等待指定的子进程，并支持非阻塞模式。
-
参数：
-
pid：-
pid = -1：等待任意一个子进程，与wait等效。 -
pid > 0：等待进程ID等于pid的子进程。
-
-
status：同wait。 -
options：-
0：默认选项，表示 阻塞等待。 -
WNOHANG：表示 非阻塞等待 。如果指定的子进程没有结束，则waitpid立即返回0，不等待。
-
-
-
返回值：
-
成功时返回收集到的子进程的PID。
-
如果设置了
WNOHANG且子进程未退出，则返回0。 -
调用失败返回
-1。
-
3. 如何解析 status 参数？
status参数不能简单地当作一个整数来看待，而应该将其视为一个 位图。它的低16位包含了退出信息（在32位系统上）。
我们通常使用宏来安全地解析这些信息：
-
WIFEXITED(status)：如果这个宏为真（非零），表示子进程是 正常终止 的。 -
WEXITSTATUS(status)：如果WIFEXITED为真，此宏用于提取子进程的 退出码 （即exit或return的参数）。 -
WIFSIGNALED(status)：如果这个宏为真，表示子进程是被 信号终止 的（异常退出）。 -
WTERMSIG(status)：如果WIFSIGNALED为真，此宏用于获取导致子进程终止的 信号编号。
示例代码：
int main(void) {
pid_t pid;
if ((pid = fork()) == -1) {
perror("fork");
exit(1);
}
if (pid == 0) { // 子进程
sleep(20);
exit(10); // 子进程正常退出，退出码为10
} else { // 父进程
int st;
int ret = wait(&st);
if (ret > 0) {
if (WIFEXITED(st)) { // 正常退出
printf("Child exit code: %d\n", WEXITSTATUS(st)); // 输出 10
} else if (WIFSIGNALED(st)) { // 被信号杀死
printf("Child killed by signal: %d\n", WTERMSIG(st));
}
}
}
return 0;
}三、进程程序替换
fork创建的子进程默认执行的是父进程相同的代码。如果我们希望子进程去执行一个 全新的、不同的程序 （例如，在Shell中输入 ls命令），就需要用到 进程程序替换。
1. 替换原理
进程程序替换的核心函数是 exec系列函数。当进程调用 exec函数时，该进程的用户空间代码和数据 完全被新程序替换 ，并从新程序的 main函数开始执行。
- 关键点 ：
exec函数并 不创建新的进程。调用前后，进程的PID保持不变。它只是用磁盘上的一个新程序，替换了当前进程的代码段、数据段等。
2. exec 函数族
有6个以 exec开头的函数，它们功能相同，但参数传递方式不同。
#include <unistd.h>
int execl (const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);
int execv (const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);命名规律：
-
l (list) ：参数采用 列表 形式，逐个传入，以
NULL结尾。例如：execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL)。 -
v (vector) ：参数放入一个 字符串数组 中传入，数组最后一个元素必须是
NULL。例如：char *const argv[] = {"ls", "-l", NULL}; execv("/bin/ls", argv); -
p (path) ：带有
p的函数会自动在 环境变量 PATH 指定的目录中搜索可执行文件，无需写全路径。例如：execlp("ls", "ls", "-l", NULL)。 -
e (environment) ：带有
e的函数需要用户自己 组装并传入环境变量 数组envp[]，不使用当前进程的环境变量。
重要特性 ：exec函数只有在调用失败时才有返回值（-1）。如果调用成功，则执行新程序，原程序的后续代码不会再执行。
3. 函数关系
实际上，只有 execve是真正的 系统调用 ，其他五个函数都是库函数，它们最终都会封装 execve来实现功能。其关系如下图所示：
+----------+ +----------+ +----------+
| execl | | execv | | execlp | ... (Library Functions)
+----------+ +----------+ +----------+
| | |
v v v
+-------------------------------------------------+
| execve | (System Call)
+-------------------------------------------------+总结与实践：微型Shell
将进程创建（fork）、进程等待（waitpid）和进程替换（exec）结合起来，就能理解Shell的工作原理。一个简单的Shell流程如下：
-
获取命令行：显示提示符，读取用户输入的命令。
-
解析命令行：将命令字符串解析为命令名和参数列表。
-
创建子进程 ：使用
fork。 -
子进程程序替换 ：在子进程中使用
execvp执行命令。 -
父进程等待子进程退出 ：使用
waitpid等待子进程结束，防止其变成僵尸进程。
这个过程完美体现了 **"调用/返回"** 的对称性：
-
在函数中，
call调用函数，函数return返回。 -
在进程间，
fork创建子进程，子进程exec执行新程序，新程序exit退出，父进程wait回收。
通过编写一个微型的Shell（代码已在你提供的文档中），可以极大地加深对进程控制的理解。