Linux——进程等待和进程替换

1.进程等待

1.1进程等待的必要性

• 子进程退出，父进程如果不管不顾，就可能造成僵尸进程的问题，进而造成内存泄漏
• 另外，进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，“杀人不眨眼”的kill -9 也无能为力，因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程
• 最后，父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道。如：子进程运行完成，结果对还是不对，或者是否正常退出
• 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

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• 普遍情况是让子进程先退出：
• 如果父进程先退出 ，子进程被init接管，子进程退出后init会回收其占用的相关资源
• 如果子进程先退出，父进程又没有回收子进程，释放子进程占用的资源，此时子进程将成为一个僵尸进程。

1.1.1如何避免僵尸进程呢？

• 父进程通过 wait 和 waitpid 等函数等待子进程结束，这会导致父进程挂起
• 如果父进程很忙，那么可以用signal函数为SIGCHLD安装handler，因为子进程结束后， 父进程会收到该信号，可以在handler中调用wait回收
• 如果父进程不关心子进程什么时候结束，那么可以用signal（SIGCHLD,SIG_IGN） 通知内核，自己对子进程的结束不感兴趣，那么子进程结束后，内核会回收， 并不再给父进程发送信号

1.2进程等待的方法

1.2.1 wait

• 返回值：
  成功返回被等待进程pid，失败返回-1。
• 参数：
  输出型参数，获取子进程退出状态,不关心则可以设置成为NULL

1.2.2 waitpid()

1.2.2.1（pid_t pid）参数（要等待的子进程的进程号）

1.2.2.2（int* status）参数（退出的子进程的状态）

• status是一个整型指针，其实在传参的时候，该参数是一个输出型参数
• 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。
• 否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程
• status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待，具体细节如下图（只研究status低16比特位）：
  
  
  

1.2.2.3（int options）参数（设置当前的waitpid是阻塞的还是非阻塞的）

WNOHANG：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，则返回该子进程的ID。

• WNOHANG 非阻塞 如果在掉用非阻塞的waitpid接口的时候，如果等待的子进程没有退出，waitpid也不会等待，直接返回，执行后面逻辑
• 非阻塞需要搭配循环去使用: 如果非阻塞的接口在调用waitpid时，没有等待到子进程退出，则循环去调用waitpid接口

1.2.3 wait和waitpid的区别

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• wait等待的是任意一个子进程的退出（wait是一个父进程假设有很多子进程，任意一个退出，都会处理后调用返回）
• waitpid可以等待指定的子进程，也可以等待任意一个子进程，通过第一个参数确定（第一个参数pid== -1则表示等待任意）

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• wait是一个阻塞等待（wait如果没有子进程退出，则会一直等待）
• waitpid可以默认阻塞，也可以设置为非阻塞，通过第三个参数确定（第三个参数 option== 0表示默认阻塞；option==WNOHANG 则表示非阻塞）

总结：

• waitpid(pid大于0，status，0)相当于wait接口
• wait接口实现其实就是调用waitpid实现。

2.进程替换

2.1替换原理（也会发生写时拷贝）

• fork创建子进程：1.让子进程和执行父进程一部分代码：代码共享 2.让子进程执行和父进程完全不同的事：调用exce函数，代码也要发生写时拷贝
• 当进程调用另外一种exce函数时，该进程的用户空间和代码和数据将完全被新程序替换，从新程序启动的例程开始执行调用exce函数并不是创建新进程，所以调用exce前后该进程的id并没有改变
  

通过进程PCB当中的内存指针，找到进程虚拟地址空间当中的数据段和代码段，通过页表映射将数据段和代码段映射到新的程序的物理内存上，通俗讲，使用新的程序将之前的数据段和代码段进行更新。

程序替换是在当前进程pcb并不退出的情况下，替换当前进程正在运行的程序为新的程序（加载另一个程序在内存中，更新页表信息，初始化虚拟地址空间）

2.2替换函数（操作系统提供的六大接口）

• 操作系统只提供了execve一个调用接口，其余的五个函数都是execve的封装
  

2.3函数解释

• 这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回。
• 如果调用出错则返回-1
• 所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值，因为成功的话，所有数据和代码都会被覆盖

2.4命名理解

file:可执行程序的名称，同时这个可执行程序要能在PATH环境变量当中找到，否则程序替换就失败了；同时也可以传递一个带有路径的可执行程序
argv：要给可执行程序传递的参数，第一个参数是该程序的名称， 以NULL结尾

• 总结：
• l（list）：表示参数采用列表
• v（vector）：参数采用数组
• p（path）：有p就自动搜索环境变量PATH
• e（env）：表示自己维护环境变量
  

2.5复习插眼（为了日后复习回忆知识）：

• 1.excel（“/usr/bin/ls”，“ls”，“-l”，‘-a",NULL）之后的代码无法打印出来，因为替换成功，如果替换不成功（地址不对的情况），就会打印之后的程序

• 2.Makefile默认只生成一个可执行程序，默认是自顶向下扫描遇到的第一个目标
  

• 3.exec系列函数调用系统的程序，也可以调用自己的程序

• 4.传入一串字符串，通过子进程分析字符串，父进程利用while循环不断的创建子进程，创建一个子进程就等待它分析完毕，分析完毕由于子进程其它的代码被替换以致结束，而父进程外边还有while循环，所以这样生成一个不断循环的过程