Linux系统编程——控制进程

进程创建

fork

进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：

• 分配新的内存块和核心数据结构给子进程
  (进程PCB，进程地址空间，页表，构建映射关系)
• 将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
• 添加子进程到系统列表当中
• fork返回后，开始调度器调度

写时拷贝

页表中需要有2^32个地址需要映射，如果页表每一部分6字节
则一共需要24GB

缺页中断：父子当中突然改变了数据，OS就发生了中断，但是之前那个空间是共享的，OS就开辟了一个空间，把老的空间给拷过来，OS重新修改了页表，映射关系，把只读选项给去掉了，保持进程的独立性
有了写时拷贝，就能保证父子进程数据的独立性

进程终止

把进程开辟的东西都释放掉

进程退出场景

1. 代码运行完毕，结果是正确的
2. 代码运行完毕，结果是错误的
3. 代码异常中止

return 0；

• 为什么main函数要return 0，意义在哪里？

进程的退出码，衡量代码跑完了，是对还是不对，
return 0代表success
return 100
echo $？查看退出码

退出码会被父进程继承
echo $?
会输出最近一次进程退出时的退出码

而第二次输出0
是echo命令的退出码

错误的退出码

每个退出码都有其对应的错误原因

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<string.h>
  3 int main()
  4 {
  5   //printf("hello\n");
  6   int i=0;
  7   for(i=0;i<100;i++)
  8   {
  9    printf("%d: %s \n",i,strerror(i));//返回错误信息，;里面对应的i就是返回的错误码，返回的信息就是对应的错误信息                                                                                 
 10   }
 11 
 12   return 123;
 13 }

错误码与错误描述

代码异常终止

运行终止的退出码，我们并不关系

进程常见退出方法

1.main函数return,代表进程退出！！
而非main函数

2.exit(退出码)进程退出程序
在任意地方使用都是让进程退出
参数是退出码

都可以达到进程退出的目的

3._exit(退出码)
强制终止进程，不要进行进程的后续收尾工作，如刷新缓冲区，

#include
#include
#include
#include
int fun()
{
  printf("fun test");
  return 1;
}
int main()
{
  //fun();
  //printf("hello\n");
  //int a=10;
  //a/=0;//跑到一半异常终止
  //在vs中一般叫程序崩溃
  //

 // int i=0;
 // for(i=0;i<140;i++)
 // {
 //   printf("%d: %s \n",i,strerror(i));//返回错误信息，;里面对应的i就是返回的错误码，返回的信息就是对应的错误信息
 // }

  printf("hello");//此时数据被暂时保存在输入缓冲区中
  sleep(3);
   _exit(12);
  //  exit(EXIT_SUCCESS);
 //exit或return 本身就是会要求系统进行缓冲区刷新 
  //return 123;
}

用户级缓冲区

进程退出在操作系统层面做了什么？

系统场面上少了一个进程，free PCB，free 页表，mm_struct，页表和各种映射关系，代码+数据申请的空间也要被释放掉

进程等待

进程等待是什么？

fork（）：创建子进程（为了帮助父进程某种任务），父进程
让我们的父进程fork之后，需要通过wait/waitpid来等待子进程退出

为什么要让父进程等待呢

1. 通过获取子进程退出的信息，能够得知子进程执行结果
2. 可以保证，时序问题，子进程先退出，父进程后退出
3. 进程退出的时候，会先进入僵尸状态，会造成内存泄漏的问题，需要通过父进程wait，来释放该子进程占用的空间（子进程的僵尸资源）

进程进入了僵尸进程，kill -9就没有办法杀掉该进程

进程等待的方法

wait

作用是等待任意一个子进程
头文件

1 #include
2 #include
3 #include

成功返回被等待进程的pid，失败就返回-1

#include 
#include
#include
#include
#include
int main()
{
  pid_t id=fork();
  if(id==0)
  {
    //child
    int cnt=5;
    while(cnt){
      printf("child[%d] is running : cnt is :%d \n",getpid() ,cnt);
      cnt--;
      sleep(1);
      //子进程会持续5秒之后就exit，但是父进程；立刻就退出了
      //子进程就会变成一个孤儿进程，被系统领养
    }
    exit(0);//我们执行完子进程之后直接退出，不执行父进程的代码
    //进程退出
  }
  sleep(10);//先让父进程等待10秒
  //前5秒是正常运行的
  //后5秒子进程处于z状态
  printf("father wait begin\n");
  //因为父进程和子进程是同时执行的
  //parent
  //为了不让子进程变成一个孤儿进程，父进程必须在那里等待
  pid_t ret=wait(NULL);//成功的话就返回其
  if(ret>0)
    printf("father wait %d\n ",ret);
  else 
    printf("father wait fail\n");
  //到这里僵尸状态就没了
  sleep(10);
  //回收完毕之后父进程继续活上10秒
  return 0;
}

一开始前5秒都共同运行着，5秒之后，子进程退出，进入z状态，因为父进程还在sleep，没有去wait，再过5秒，父进程开始执行wait，wait成功，僵尸进程就没了，再过了10秒钟，父进程就退出了

wait完全可以回收僵尸进程

waitpid

成功了就会返回其等待的子进程的pid，错了就会返回-1

 #include 
       #include 

       pid_t wait(int *wstatus);

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

waitpid就是一个系统调用，
status就是一个输出形参数
最终一定要让父进程，通过status，得到子进程执行的结果
正常退出代码

异常终止代码

bash是命令行启动的所有进程的父进程|
bash一定是通过wait 方式得到子进程的退出结果，所以我们能看到echo$？
查看到子进程的退出码

status：
WIFEXITED（status）：若进程正常退出，就为真
WEXITSTATUS(status）：若WIFEXITED非0，就可以提取子进程的退出码
（就不要进行麻烦的位操作）

option
0为默认行为，阻塞等待
掉wait的时候，父进程啥也不干，就在哪里等子进程，等待子进程退出，
WNOHANG：设置等待方式为非阻塞等待

阻塞等待

啥也不干，就在那里静静的等待，就等子进程退出才会返回

阻塞的本质
就是将进程的PCB被放入到等待队列当中,并将进程的状态改为S状态,
返回的本质,进程的PCB 从等待队列中拿到R 队列,从而被CPU 调度,

非阻塞等待

检测子进程的运行状态，等待的过程中，可能需要多次检测：
基于非阻塞等待的轮询方案，

调用一个接口,CPU立马返回,CPU不断重复的调度父进程,就是重复调度waitpid的过程

无论是阻塞还是非阻塞，都是等待的一种方式，
谁等（父进程）
等（子进程）
等待子进程退出（条件/事件）

我们看到吗某些运用或者OS本身，长时间不动，是应用或程序hang住了
WNOHANG：非阻塞

1. 返回值结果，子进程改变就没有退出，
2. 子进程退出，waitpid（调用成功or失败），

#include 
#include
#include
#include
#include
int main()
{
  pid_t id=fork();
  if(id==0)
  {
    //child
    int cnt=5;
    while(cnt){
      printf("child[%d] is running : cnt is :%d \n",getpid() ,cnt);
      cnt--;
      sleep(1);
      //子进程会持续5秒之后就exit，但是父进程；立刻就退出了
      //子进程就会变成一个孤儿进程，被系统领养
    }
    exit(0);//我们执行完子进程之后直接退出，不执行父进程的代码
  }
  int status=0;
 
  //pid_t ret=waitpid(id,&status,0);//阻塞等待
  while(1)//非阻塞的轮询方案
  {
  pid_t ret=waitpid(id,&status,WNOHANG);//非阻塞等待
  if(ret==0){
   
    //检测子进程没有退出，但是waitpid等待是成功的，需要父进程继续进行等
    printf("do father thing\n");//得知还没好，就可以做一下自己的事情
    
  }
  else if(ret>0)
  {

    //子进程退出了，waitpid也成功了，获取到了对应的结果
    printf("exit code: %d\n,",WEXITSTATUS(status));
    break;
  }
  else 
  {
    //ret<0
    //等待失败
    perror("waitpid");
    break;
  }
  sleep(1);
  }
  return 0;

}