进程（2）---相关函数接口、消亡、exec函数族 | 嵌入式（Linux）

1、进程相关的函数接口

1.1 exit

• 函数原型

#include <stdlib.h>  // 头文件补充
void exit(int status);

• 功能：

  • exit() 是 C 标准库（<stdlib.h>）中的函数（用户层），作用是立即终止当前运行的程序 ，并将一个 "退出状态码" 返回给操作系统（比如 Windows、Linux），程序一旦执行到 exit() 就会停止，后续代码不会再运行。
  • 在主函数（main）中调用 exit(n) 和 return n 效果基本等价（都会终止进程并返回退出码）；但在非主函数中，return 仅返回函数调用处，而 exit 会直接终止整个进程。

• 参数 ：status 是一个整型参数，称为退出状态码，核心作用是告诉操作系统 "程序是正常结束还是异常结束"。

• 退出流程：

  • 执行通过 atexit()/on_exit() 注册的清理函数；
  • 刷新并关闭所有打开的标准 I/O 流（缓存区写入磁盘）；
  • 删除通过 tmpfile() 创建的临时文件；
  • 最终调用 _exit() 完成内核层的进程终止。

1.2 _exit

• 函数原型

#include <unistd.h>  // 头文件补充
void _exit(int status);

• 功能：

  • 直接终止进程，属于系统调用（内核层），无任何用户层清理操作。
  • 不会刷新标准 I/O 缓存区、不会执行注册的清理函数、不会删除临时文件，直接释放进程资源并终止。

• 对比示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    printf("hello");  // 无换行，内容存于缓存区
    // exit(0);    // 执行此句：会刷新缓存，终端输出 "hello"
    _exit(0);       // 执行此句：不刷新缓存，终端无输出
    return 0;
}

1.3 wait

• 函数原型

#include <sys/wait.h>  // 头文件补充
pid_t wait(int *wstatus);

• 功能：

  • 阻塞等待当前进程的任意一个子进程终止，并回收其资源（避免僵尸进程）。
  • 若当前进程无未回收的子进程，直接返回 - 1；若有子进程但未终止，父进程阻塞直到子进程结束。

• 参数： wstatus：指向整型变量的指针，用于存储子进程的退出状态（可传 NULL，表示不关心退出状态）。

• 返回值：

  • 成功：返回被回收子进程的 PID；
  • 失败：返回 - 1（如无可用子进程、被信号中断等），并设置errno。

• 退出状态宏（基于wststus）：

宏	功能
WIFEXITED(wstatus)	判断子进程是否正常退出（exit/_exit）
WEXITSTATUS(wstatus)	若 WIFEXITED 为真，获取子进程退出码（仅低 8 位）
WIFSIGNALED(wstatus)	判断子进程是否被信号终止
WTERMSIG(wstatus)	若 WIFSIGNALED 为真，获取终止子进程的信号编号
WCOREDUMP(wstatus)	判断子进程终止时是否产生核心转储文件（core dump）(是否段错误退出)
WIFSTOPPED(wstatus)	判断子进程是否被信号暂停（仅 waitpid 配合 WUNTRACED 时有效）
WSTOPSIG(wstatus)	若 WIFSTOPPED 为真，获取暂停子进程的信号编号
WIFCONTINUED(wstatus)	判断子进程是否被 SIGCONT 信号恢复运行（仅 waitpid 配合 WCONTINUED 时有效）

1.4 waitpid

• 函数原型

#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);

• 功能：

  • 回收指定的子进程，相比 wait 更灵活，支持阻塞 / 非阻塞模式。

• 参数：

• pid：指定回收的子进程范围

  • pid > 0：回收 PID 等于该值的子进程；
  • pid = -1：回收任意子进程（等价于 wait）；
  • pid = 0：回收与当前进程同进程组的所有子进程；
  • pid < -1：回收进程组 ID 等于pid绝对值的所有子进程。

• wstatus：同 wait，存储子进程退出状态（可传 NULL）；

• options：选项（可组合，用 | 分隔）

  • 0：默认，阻塞模式（子进程未终止则父进程阻塞）；
  • WNOHANG：非阻塞模式，若没有子进程终止，直接返回 0；
  • WUNTRACED：返回被暂停的子进程状态；
  • WCONTINUED：返回被 SIGCONT 恢复运行的子进程状态。

• 返回值：

  • 成功：返回被回收 / 状态改变的子进程 PID；
  • 失败：返回 - 1（无可用子进程、信号中断等）；
  • 非阻塞模式（WNOHANG）且无子进程终止：返回 0。

• 等价关系：

  • wait(NULL) ≡ waitpid(-1, NULL, 0)

2、进程的消亡

僵尸态进程如何产生：

• 子进程终止后，内核会保留该进程的少量信息（PID、退出状态、资源使用统计等），等待父进程通过wait/waitpid回收；若父进程未调用wait/waitpid，且父进程未终止，则子进程会一直处于 "僵尸态"（Z 状态），占用 PID 资源。（进程代码执行结束，但是空间没有被回收）

如何避免产生僵尸进程：

• 父进程先终止：父进程先于子进程结束，子进程成为孤儿进程，孤儿进程会被init（PID=1）进程收养，子进程结束，init会自动回收子进程空间，避免产生僵尸进程
• 父进程主动回收 ：子进程结束，父进程通过wait/waitpid（阻塞 / 非阻塞）及时回收子进程空间，避免产生僵尸进程

孤儿进程：

• 父进程终止，子进程仍在运行，此时子进程的父进程变为 init 进程（PID=1），由 init 进程负责管理和回收，不会成为僵尸进程。

3、exec函数族

#include <unistd.h>  // 所有exec函数的头文件
int execl(const char *path, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);
int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char *) NULL */);
int execle(const char *path, const char *arg, ... /*, (char *) NULL, char *const envp[] */);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

核心功能：

• 替换当前进程的代码段、数据段、堆栈等，执行新的程序（内核复用当前进程的 PID，仅替换进程内容）；
• 若 exec 函数调用成功，不会返回 （原进程后续代码被覆盖）；只有调用失败时，才会返回 - 1，并设置errno。

参数命名规则：

后缀	含义
l	list：参数以可变参数列表形式传递，最后必须以 NULL 结尾
v	vector：参数以字符串指针数组形式传递，数组最后一个元素必须为 NULL
p	path：自动在环境变量PATH指定的目录中查找可执行文件（无需写绝对路径）
e	environment：自定义环境变量，传入新的环境变量数组（替代原进程的 environ）

常用示例：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 1. execl：绝对路径 + 列表参数
    // 执行/bin/ls，参数为ls -l -a
    execl("/bin/ls", "ls", "-l", "-a", NULL);

    // 2. execlp：PATH查找 + 列表参数（无需写路径）
    // execlp("ls", "ls", "-l", "-a", NULL);

    // 3. execv：绝对路径 + 数组参数
    // char *argv[] = {"ls", "-l", "-a", NULL};
    // execv("/bin/ls", argv);

    // 4. execvp：PATH查找 + 数组参数
    // char *argv[] = {"ls", "-l", "-a", NULL};
    // execvp("ls", argv);

    // 5. execle：自定义环境变量
    // char *envp[] = {"PATH=/bin:/usr/bin", "USER=test", NULL};
    // execle("/bin/ls", "ls", "-l", NULL, envp);

    // 若执行到此处，说明exec调用失败
    perror("exec error");
    exit(1);
}

exec + fork 经典用法：

父进程 fork 创建子进程，子进程调用 exec 执行新程序，父进程用 wait 回收子进程：

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

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {  // 子进程执行新程序
        execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
        perror("execlp error");  // exec失败才会执行
        exit(1);
    } else if (pid > 0) {  // 父进程回收子进程
        wait(NULL);
        printf("子进程执行完毕\n");
    }
    return 0;
}