Linux进程控制（一）

hello，各位读者大大们你们好呀
系列专栏：【Linux的学习】
本篇内容：fork函数初识；写时拷贝;fork常规用法；fork调用失败原因；进程终止；进程常见退出方法；进程等待
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作者简介：轩情吖，请多多指教(> •̀֊•́ ) ̖́-

1.fork函数初识

#include
pid_t fork(void);

fork从已存在进程中创建一个新的进程。新进程为子进程，而原进程为父进程
返回值：子进程中返回0，父进程返回子进程id，出错返回-1
进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：
分配新的内存块和内核数据结构给子进程
将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
添加子进程到系统进程列表中
fork返回，开始调度器调用
所以，fork之前父进程独立执行，fork之后，父子两个执行流分别执行。注意，fork之后，谁先执行完全由调度器决定

#include 
  2 #include <unistd.h>
  3 int main()
  4 {
  5 int ret=fork();
  6 if(ret>0)
  7 {
  8   //父进程
  9   while(1)
 10   {
 11   printf("I am parent task, my pid is %d,my ppid is %d\n",getpid(),getppid());
 12   sleep(1);
 13   }
 14 }
 15 
 16 if(ret==0)
 17 {
 18 //子进程
 19   while(1)
 20   {
 21 printf("I am child task,my pid is %d,my ppid is %d\n",getpid(),getppid());
 22   sleep(1);
 23   }                                                                                                                                                                 
 24 }
 25   return 0;
 26 }

2.写时拷贝

父子代码共享，父子在不写入时，数据也是共享的，当任何一方试图写入，便以写时拷贝的方式各自一份副本

#include 
  2 #include <unistd.h>
  3 int main()
  4 {
  5 int ret=fork();
  6 int num=100;
  7 if(ret>0)
  8 {
  9   //父进程
 10   while(1)
 11   {
 12   printf("I am parent task, my pid is %d,my ppid is %d,num=%d,&num=%p\n",getpid(),getppid(),num,&num);
 13   sleep(1);
 14   }
 15 }
 16 
 17 if(ret==0)
 18 {
 19 //子进程
 20 num=50;//在执行子进程时修改num的值                                                                                                                                  
 21   while(1)
 22   {
 23 printf("I am child task,my pid is %d,my ppid is %d,num=%d,&num=%p\n",getpid(),getppid(),num,&num);
 24   sleep(1);
 25   }
 26 }
 27   return 0;
 28 }

可以发现在子进程中修改了num的值，但是父进程却没有变化，并且他们的地址还是相同的，因此这里的地址不是真实的物理地址，而是虚拟地址，这一个我在另一个博客中提到过，不理解的可以去看一下，其实本质上就是发生了写时拷贝，当还没有修改num的值时，父进程和子进程共享同一份代码和数据，但是当子进程修改num的值时，对于子进程而言，页表所指向的物理地址发生了改变，在另一个地方修改了num的值。

3.fork常规用法

①一个父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段
②一个进程要执行一个不同的程序

4.fork调用失败的原因

①系统中有太多进程
②实际用户的进程超过了限制

5.进程终止

在进程退出时，会有三种情况：代码运行完毕，结果正确；代码运行完毕，结果不正确；代码异常终止
代码异常终止本质上就是因为某些原因，导致进程收到了来自操作系统的信号

6.进程常见退出方法

首先讲一下如果查看进程退出码

使用命令echo $?

上图用了最简单的一个代码展示了如果查看程序退出码，return返回的就是程序的退出码,程序的退出码是为了供用户进行程序退出的健康状态的判断，也就是查看代码运行完毕，结果是否正确

6.1 _exit

void _exit(int status);
头文件：#include
参数：status定义了进程的终止状态，父进程通过wait来获取该值（这一个我们后面再讲）

#include 
  2 #include <unistd.h>
  3 #include <sys/types.h>
  4 #include <stdlib.h>
  5 void Function()
  6 {
  7                                                                                                                                                                     
  8 printf("I am a function\n");
  9 _exit(10);
 10 }
 11 int main()
 12 {
 13   Function();
 14 printf("I am a task\n");
 15   exit(-1);
 16 }

可以看见我们的进程直接结束了，并且通过exit，我们的退出码为10

再观察这个代码，去掉了换行，来看一下他的结果

可以发现它并不会打印出我们想要的内容，但是exit并不会这样，exit会在此前先刷新缓冲区，具体往后看

6.2 exit

exit(int code):code代表就是进程的退出码
需要使用头文件#include
exit最后也会调用_exit,但是在调用exit之前，还做了其他工作：
①执行用户通过atexit或on_exit定义的清理函数
②关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入
③调用_exit


可以发现，进程直接在exit（0）处结束了，并且他的退出码是0

注意观察这个代码，与之前相比，少了换行，但是最后还是打印出了内容，这也就印证了上面的结论

6.3 return退出

return是一种更常见的退出进程方法。执行return n等同于执行exit（n），因为调用main的运行时，函数会将main的返回值当做exit的参数，这个就不多讲了

7.进程等待

7.1进程等待的必要性

①子进程退出，父进程不管不顾，就可能造成“僵尸进程”的问题，进而造成内存泄露，进程一旦变成“僵尸进程”，kill也无能为力
②父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道
③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

7.2进程等待的方法

wait方法
pid_t wait(int* status);
返回值：成功返回被等待进程的pid，失败返回-1
参数：输出型参数，获取子进程退出状态，不关心则可以设置NULL


可以发现，父进程一直等到子进程被杀掉才继续往后执行，说明wait一直在等待子进程结束，通过查看进程的信息，可以发现没有僵尸进程的存在，这是wait起了作用

waitpid方法
pid_t waitpid(pid_t pid,int* status,int options);
返回值：
①当正常返回时，waitpid返回收集到的子进程的进程pid
②如果设置了选项WNOHANG，而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集，则返回0
③如果调用中出错，则返回-1，这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在
参数：
pid：
pid=-1:等待任意一个子进程。与wait等效
pid>0:等待其进程pid与pid相等的子进程
status：
不要当做一个完整的整数，而应该看做位图
wait和waitpid都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充，如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息

我们暂时先把waitpid的第三个参数写成0，这里主要研究的是status，前面也说了，他是个输出型参数，我们只研究status低16位比特位

当信号为0时表示没有收到信号，正常退出



观察上面的代码和现象，（status>>8)&0xFF表示的是右移8位，然后再按位与，正好得出的结果是status低16位的前8位，得到了退出码，而status&0x7F也是如此，得出了所接收到的信号。在上面的代码中，使用kill -9终止了子进程的运行，所以说子进程收到了来自操作系统的信号，因此打印出的终止信号为9。同时要注意一个点，当终止信号不为0的情况下，无论它的退出码是多少，都是没有意义的。

接下来讲一下waitpid的第三个参数，当他为WNOHANG时，若pid指定的子进程没有结束，则waitpid（）函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回子进程的id，也就是说父进程在没有接收到子进程的退出信息时，也可以先做别的事情，等到子进程结束了，再接收其退出信息。

只要当waitpid的返回值为0时，他就会执行所对应的代码

这里再介绍一种获取程序退出码和终止信号的方法
WIFEXITEND（status）：若为正常终止子进程返回的状态则为真。(查看进程是否正常退出）
WEXITSTATUS（status）：若WIFEXITED非0，提取子进程的退出码

在之前的代码上稍作了修改

Linux进程控制（一）的知识大概就讲到这里啦，博主后续会继续更新更多Linux的相关知识，干货满满，如果觉得博主写的还不错的话，希望各位小伙伴不要吝啬手中的三连哦！你们的支持是博主坚持创作的动力！