Linux 进程核心知识

定义：通过 fork() 系统调用创建的新进程为子进程，发起创建的进程为父进程。当子进程被创建后将和父进程并行运行，但是父进程的运行速度要比子进程的运行速度快，要注意子进程变成孤儿进程。
核心特性 ：
- fork() 执行后，操作系统会复制父进程的内存、代码、文件描述符等资源，形成两个完全独立的进程，子进程会完整复制父进程的内存空间（包括全局变量、堆、栈等），此时父子进程的全局变量值完全相同；
- 父子进程有各自独立的 PID，由操作系统独立调度（宏观上并行运行），子进程的执行 / 退出 / 崩溃不会直接影响父进程；
- 父进程执行路径：fork() 返回子进程 PID（正数），继续执行原代码逻辑；
- 子进程执行路径：fork() 返回 0，从 fork() 所在行开始执行，可通过 execl() 替换为其他程序。
易错点 ：子进程调用 execl() 成功后，会完全替换自身代码，永远不会回到原进程代码；只有 execl() 失败时，才会执行后续代码（如打印错误、退出）。

2. 孤儿进程

定义：父进程先于子进程退出，子进程失去父进程，此时子进程会被系统的 init 进程（PID=1）接管，成为 "孤儿进程"。
特点：孤儿进程本身是正常运行的进程，只是父进程已消亡，由 init 进程负责回收其退出资源，不会占用系统资源，无需手动处理。

3. 僵尸进程

定义：子进程先于父进程退出，但父进程未调用 wait()/waitpid() 回收其退出状态，子进程残留的 "退出信息 + PID" 会成为僵尸进程（状态标记为 defunct）。
核心原理 ：
- 子进程退出后，PID 不会立即销毁，内核会保留其退出状态（如退出码、终止原因），等待父进程查询；
- 若父进程不回收，僵尸进程会一直占用 PID 资源，大量僵尸进程会导致系统无法创建新进程。
解决方式 ：父进程通过 wait()/waitpid() 主动回收子进程资源，释放 PID；若父进程退出，孤儿化的僵尸进程会被 init 进程自动回收。

二、核心工具：查看进程状态

1. ps：查看进程快照

常用命令 ：
- ps -ef：查看所有进程的完整信息（UID、PID、PPID、运行命令等）；
- ps -ef | grep defunct：筛选出所有僵尸进程；
- ps -p <PID>：查看指定 PID 进程的状态。
关键字段 ：
- PID：进程唯一标识；
- PPID：父进程 PID；
- STAT：进程状态（Z = 僵尸进程，R = 运行，S = 睡眠）。

2. pstree：以树形结构展示进程关系

常用命令 ：pstree -p（显示 PID，直观看到父子进程层级）；
作用：快速定位进程的父子关系，比如查看 fork() 创建的子进程归属。

三、核心函数

1. fork ()：创建子进程

函数原型 ：pid_t fork(void);
返回值 ：
- 父进程中：返回子进程 PID（正数）；
- 子进程中：返回 0；
- 失败：返回 -1（如系统资源不足）。

实战注意 ：

全局变量在父子进程中是 "复制关系"，修改子进程的全局变量不会影响父进程；

代码示例（进程守护核心）： c

运行

复制代码

pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
    // 子进程逻辑：执行目标程序
    execl("./hello", "./hello", NULL);
    exit(1); // execl失败才执行
} else if (pid < 0) {
    // fork失败处理
    perror("fork error");
    exit(1);
}
// 父进程逻辑：继续执行监控代码

2. getpid ()/getppid ()：获取进程 PID

getpid()：返回当前进程的 PID；
getppid()：返回当前进程的父进程 PID；
作用：调试时确认父子进程关系，比如打印父 / 子进程 PID 验证独立性。

3. execl ()：进程替换

函数原型 ：int execl(const char *path, const char *arg, ... /* (char *)NULL */);
核心作用 ：将当前进程的代码、数据、栈完全替换为指定程序，从新程序的 main() 开始执行。
关键规则 ：
- 参数必须以 NULL 结尾（如 execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL)）；
- 成功：当前进程代码被完全替换，原代码后续逻辑永远不执行；
- 失败：返回 -1，执行后续代码（需打印错误并退出）；
- 路径要求：必须指定可执行文件的完整路径（或当前目录相对路径）。

4. 进程终止

正常终止 ：
- 子进程执行完 main() 或调用 exit(int status)（status 为退出码，0 = 正常，非 0 = 异常）；
- _exit(int status)：直接终止进程，不刷新缓冲区（区别于 exit()）。
异常终止 ：被信号杀死（如 kill <PID>、段错误、断言失败）。

5. wait ()/waitpid ()：监控并回收子进程

（1）wait ()：阻塞等待子进程退出

原型：pid_t wait(int *wstatus);
特点：父进程阻塞，直到任意一个子进程退出，回收其资源并返回退出子进程的 PID；
缺点：无法指定监控某个子进程，也无法非阻塞监控。

(2) waitpid()：灵活监控子进程

函数原型

复制代码

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

核心参数

pid：指定要监控的子进程 PID
- -1：监控任意子进程（等价于 wait()）
- > 0：监控指定 PID 的子进程
- 0：监控与当前进程同组的所有子进程
- < -1：监控进程组 ID 等于 |pid| 的所有子进程
wstatus：存储子进程退出状态的指针
- 可通过宏 WIFEXITED、WEXITSTATUS、WIFSIGNALED 等解析子进程的退出原因和状态码
- 若不需要状态，可传入 NULL
options：等待模式选项
- 0：阻塞等待，直到指定子进程终止
- WNOHANG：非阻塞模式，立即返回，不等待子进程终止
- WUNTRACED：同时捕获子进程停止（未终止）的状态
- WCONTINUED：捕获子进程从停止状态恢复运行的状态（Linux 特有）

返回值（核心）

1. 调用成功

返回被捕获的子进程 PID （正数）
- 子进程正常退出、被信号终止或停止时，waitpid 成功回收其状态，返回其 PID
- 若 pid=-1，则返回任意一个已退出 / 停止子进程的 PID

2. 非阻塞模式（`options = WNOHANG`）

返回 0：子进程仍在运行，未退出、未停止，且无状态可回收
返回 子进程 PID：子进程已退出 / 停止，成功回收其状态

3. 调用失败

返回 -1 ，并设置全局变量 errno 表示错误原因，常见场景：
- ECHILD：没有可等待的子进程（子进程已全部回收或不存在）
- EINTR：调用被信号中断
- EINVAL：options 参数无效

补充说明

当 options=0（阻塞模式）时，不会返回 0，它会一直阻塞直到子进程终止或调用失败。
子进程退出后，若未被父进程通过 waitpid 回收，会变成僵尸进程（zombie），占用系统资源。
父进程退出后，未被回收的子进程会被 init 进程（PID=1）接管并自动回收。

实战场景（进程守护监控） ：

运行

复制代码

while (1) {
    int status;
    pid_t result = waitpid(child_pid, &status, WNOHANG);
    if (result > 0) {
        // 子进程已退出，重启子进程
        printf("子进程退出，重启...\n");
        fork() + execl(); // 重新创建子进程
    } else if (result == -1) {
        perror("waitpid error");
        exit(1);
    }
    usleep(10*1000); // 10ms检查一次，降低CPU占用
}

四、实战核心逻辑梳理

父进程调用 fork() 创建子进程，子进程通过 execl() 执行目标程序（如 ./hello）；
父进程不退出，进入 while(1) 循环，通过 waitpid(pid, &status, WNOHANG) 非阻塞监控子进程；
子进程正常运行时，waitpid 返回 0，父进程每隔 10ms 重复检查；
子进程退出时，waitpid 返回子进程 PID（>0），自动回收僵尸进程、释放 PID；
父进程调用 fork()+execl() 重启子进程，更新监控的 PID，循环往复；
全程父子进程独立并行：父进程只负责监控重启，子进程只负责运行目标程序，互不干扰。

五、关键易错点总结

execl() 成功后，子进程代码被完全替换，原代码后续逻辑永不执行；
僵尸进程的核心解决方式是父进程调用 wait()/waitpid()，而非等待系统自动释放；
WNOHANG 是实现 "非阻塞监控" 的关键，无此参数则父进程会阻塞到子进程退出；
fork() 创建的是独立进程（非线程），父子进程有独立 PID 和资源，线程则共享进程资源；
父进程的 main() 逻辑（如监控循环）会持续执行，不受子进程 execl()/ 退出的影响。

Linux 进程核心知识

一、核心进程概念

1. 父进程 & 子进程（fork 创建的核心）

2. 孤儿进程

3. 僵尸进程

二、核心工具：查看进程状态

1. ps：查看进程快照

2. pstree：以树形结构展示进程关系

三、核心函数

1. fork ()：创建子进程

2. getpid ()/getppid ()：获取进程 PID

3. execl ()：进程替换

4. 进程终止

5. wait ()/waitpid ()：监控并回收子进程

1. 调用成功

2. 非阻塞模式（options = WNOHANG）

3. 调用失败

补充说明

四、实战核心逻辑梳理

五、关键易错点总结

2. 非阻塞模式（`options = WNOHANG`）