linux进程控制（一）

1.进程创建

1.1 fork

在linux中fork函数是非常重要的函数，从已存在进程中创建一个新进程。新进程为子进程，原进程为父进程。

返回值，子进程返回0，父进程返回子进程pid，出错返回-1

1. 为什么给子进程返回0，父进程返回子进程的pid？
2. 为什么一个函数fork有两个返回值？
3. 为什么一个id既>0有=0？

给父进程返回子进程的pid便于父进程管理子进程 （父进程可以创建多个子进程，根据进程pid对进程进行管理），而对于子进程返回0，一方面，父子进程不同的返回值，通过返回值来指向不同的代码，达到创建子进程的目的（执行父进程代码的一部分，分担父进程的任务；或者指向全新的代码，由父进程创建便于管理，包括资源回收等，比如xshell的bash执行pwd，ls，就是指向权限的代码，和bash执行的代码或任务没多大关系 ）一个id既>0又等于0是因为发生了写时拷贝，fork之前父进程页表数据部分由读写->只读，子进程拷贝父进程页表，接着子进程写入，发现是只读，发生缺页中断，OS分配物理内存，改变子进程页表数据该页为读写，进行写入；而父进程写入的时候也是发生缺页中断，写时拷贝；fork之后的代码是父子进程共享，所以父进程和子进程id的虚拟地址一样，但物理地址不一样，并且是两个进程，两个返回值，两套逻辑

在学的时候，我就想子进程写时拷贝的时候可以把父进程该页的属性改为读写，因为共享没有独立性，而现在子进程不和父进程该页，父进程完全可以在这一页上操作。但是OS没有这样干，一方面，如果子进程拷贝，就要改父进程，那如果父进程这一页，或者这些页都不会写入呢？OS的原则就是能晚处理就晚处理；另一方面，统一操作，无论父子进程，写入都是COW，如果还要改另一个进程的页表，那硬件设计更复杂

1.2 fork常规用法

• 父进程希望赋值自己，使父子进程同时执行不同的代码段。比如，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fork返回后，调用exec函数。

fork创建子进程后，父子进程谁先运行是不确定的，取决于调度器；但是子进程先结束，父进程获取子进程退出信息来判断任务完成情况+回收子进程资源。

1.3 fork调用失败的原因

• 系统中有太多的进程
• 实际用的的进程数据超过了限制

系统有全局最大进程数限制，单个用户也有最大进程数限制

就是内存不够用啦，因为创建进程肯定要分配内核数据结构占用内存

在man手册，/xxx 可以查找xxx

fork系统调用失败，返回-1，并且设置errno，手动给perror传入错误信息前缀

其实status&0x7F，0x7F是十六进制字面量常量，字面量类型默认是int

对空指针进程写操作，段错误

信号11是SIGSEGV，segmentation violation，段错误

牛刀小试

1. 不算 main 这个进程自身，创建了多少个进程

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

A.7

B.8

C.9

D.10

A

套公式，m次顺序fork()，2^m-1个子进程被创建，7

2. 不算 main 这个进程自身，创建了多少个进程

int main(int argc, char* argv[]){
   fork();
   fork() && fork() || fork();
   fork();
}

A.18

B.19

C.20

D.21

B

最后所有进程都会创建5号进程，10*2-1=19

2.进程终止

进程终止的本质是释放系统资源，释放进程申请的相关数据结构和对应的数据和代码

2.1 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
• 代码异常中止（先帝创业未半而中道崩殂）

如果是局部函数（非main函数）调用exit或者_exit整个进程结束，如果局部函数return，局部函数结束

进程结束，return正常结束，exit，_exit强制结束（一般没有运行完），发生错误（比如除零），被信号杀死

退出码的意义要么系统提供要么自定义，大多数情况下自定义

进程是有退出返回值的，Linux源码task_struct也就是进程的PCB是有exit_code和exit_signal，因为子进程无论是异常结束还是正常结束，都会给父进程发信号也就是exit_signal，一般是SIGCHLD，也就是17，此时子进程是僵尸状态，父进程知道我有子进程走了，我要wait来收尸了。子进程会释放代码和数据，但是PCB不会释放，父进程通过wait获取生命结束的子进程的PCB，来获取exit_code，从而判断交给子进程的任务完成的怎么样

int exit_code, exit_signal;

echo $?获取的是exit_code的低16位，也就是退出返回值+终止信号+core dump标志

打印结果分情况讨论，

• 进程正常结束，echo $?打印的是退出返回值，return跟的是退出返回值；正常结束，终止信号没有意义
• 进程异常结束，打印的是128+信号值，core dump位为1（正常结束为0），有对应的SIG（signal，信号），除零错误是SIGFPE，signal float point exception，浮点数异常信号，值为8，所以除零打印结果是128+8=136
  异常结束，都没return，退出返回值没有意义，所以不考虑

exit_code是位图结构

正常结束：exit_code>>8
异常结束：exit_code&&0x7FF

kill -l查看所有的信号

库函数调用失败，错误码放在errno

或者说我们认为不是信号杀死，就是正常结束，亦或者说进程自行结束，要么是到底返回0，要么是因为一些错误比如文件打不开，返回非零；而非零有可能执行一半，也有可能和return 0是一个分支；而被信号杀死是异常，是系统认为进程违规，进行被迫死亡；然而return 0逻辑也有可能有问题，只是程序员自身没意识到

牛刀小试

1. 如何使一个进程退出，以下错误的是
   A.在程序的任意位置调用return
   B.在main函数中调用return
   C.在程序的任意位置调用exit接口
   D.在程序的任意位置调用_exit接口

A

2. 以下关于进程退出描述正确的有： 多选
   A.exit函数退出一个进程时会刷新文件缓冲区
   B.exit函数退出一个进程时不会刷新文件缓冲区
   C._exit函数退出一个进程时会刷新文件缓冲区
   D._exit函数退出一个进程时不会刷新文件缓冲区

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3. 关于进程退出返回值的说法中，正确的有
   A.进程退出的返回值可以随便设置
   B.进程的退出返回值可以在父进程中通过wait/waitpid接口获取
   C.程序异常退出时，进程返回值为-1
   D.进程的退出返回值可以在任意进程中通过wait/waitpid接口获取

B

3.进程等待

3.1 为什么要进行进程等待

一方面进程结束后只会释放代码和数据、页表、地址空间，但是PCB留着，因为会把退出状态写入PCB的exit_code字段，便于父进程获取子进程退出状态，此时子进程处于僵尸态

• 如果不回收，会导致资源泄露
• 如果不回收，僵尸状态的进程没有办法被解决掉，因为kill -9也无能为力，谁也没有办法杀死一个死掉的进程
• 另一方面，父进程也要回收子进程来确定交给子进程的工作完成的怎么样，是否运行完成，是否正常运行，结果是否正确
• 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

3.2 wait

3.2.1 wait演示

子进程结束->僵尸态（维持5s）->父进程回收子进程

父进程阻塞->子进程结束->父进程回收子进程

3.2.2 参数返回值说明

pid_t wait(*status); status为输出型参数，如果不关心子进程的退出状态，*status直接填NULL

status可以接受子进程的退出状态，如果是return x/exit(x)/_exit(x)打印的就是x，如果是被信号杀死，打印的就是信号对应的值（不同的是，shell下，如果是被信号杀死，打印的是128+信号值）

如果wait返回值为-1，说明没有子进程，系统调用会直接出错返回，代码继续往下执行。

如果wait返回值>0，则是子进程的pid

3.3 waitpid

3.3.1 参数返回值说明

pid_t waitpid(pid_t pid, int* status, int options);

如果pid为-1，表示等待任意子进程（因为父进程的所有子进程维持一张双向链表，遍历链表，回收第一个状态为EXIT_ZOMBIE的子进程），如果pid>0，表示只等待进程id为pid的进程；

如果options是0，是阻塞等待，如果没有子进程结束，就阻塞父进程；如果options是WNOHANG，是非阻塞等待，没有子进程结束，直接跳过waitpid执行后续代码；如果每隔一段时间执行非阻塞等待，就是非阻塞轮询等待，而在非等待的时间可以做其它事。

如果pid=-1,options为0,waitpid和wait效果一样
那么阻塞等待和非阻塞轮询等待，哪一种更高效呢？

好像看起来非阻塞轮询更高效，因为阻塞等待期间什么都没干，但是非阻塞轮询把等待时间利用了起来，做了其它事。但是这个很难判断，因为父进程要等多长时间是由子进程决定的，而且轮询肯定是用while实现，while内能做什么呢？而且开销呢？用户态和内核态之间切换的开销是非常大的，而且父进程一直轮询占着CPU不干正经事，不如阻塞，把CPU让出来

如果调用中出错，返回-1并设置errno

没有子进程/pid不是父进程的子进程号，errno设置为ECHILD；如果是被信号中断（除ECHILD之外的信号），errno设置为EINTR

测试等待任意进程

pid>0

测试要等待的子进程不是死掉的进程

如果waitpid参数pid填的不是自己的子进程的pid，返回-1设置errno

对waitpid返回值进行打印

3.3.2 宏介绍

而使用的时候获取exit_code=(status>>8)&0xFF，exit_signal=status&0x7F，core_dump=(status>>7)&1;有些麻烦😓

系统定义好了WIFEXITED，看字面意思，W是wait的缩写，wait操作是exit系列操作退出，没有被信号杀死，也就是低七位信号为零

#define WIFEXITED(status) ((status&0x7F)==0)

WEXITSTATUS，也就是进程退出状态，在WIFEXITED为真的情况下，这个宏才有意义，#define WEXITSTATUS(status) ((status&0xff00)>>8)

写代码，也可以直接用这两个宏

等待期间做任务

创建多个子进程

牛刀小试

1. 以下不是进程等待功能的是（）
   A.获取子进程的退出码
   B.释放僵尸子进程资源
   C.等待子进程退出
   D.退出指定子进程

D

2. 关于pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options);函数，以下描述错误的有（）
   A.若pid大于0，则表示等待指定的子进程退出
   B.若pid等于-1，则表示等待任意一个子进程退出
   C.status参数用于获取退出子进程的退出码
   D.若options选项参数被设置为WNOHANG则waitpid为一直阻塞

D.WNOHANG是非阻塞等待

3. 关于waitpid函数WNOHANG参数的描述正确的是：（）多选
   A.若选项参数被设置为WNOHANG则waitpid为一直阻塞
   B.若选项参数被设置为WNOHANG则waitpid为非阻塞
   C.若waitpid设置WNOHANG后，没有子进程退出则返回值为-1
   D.若waitpid设置WNOHANG后，没有子进程退出则返回值为0

BD