【Linux】进程控制

一、进程创建

1.fork创建子进程

我们在前面学习进程的时候已经见过fork创建子进程

我们可以看到他的头文件是#include
返回值是pid_t类型的，功能是创建一个进程
返回值，子进程中返回0，父进程中返回子进程的pid，创建出错则返回-1

以前我们只是知道fork具有创建进程的功能，现在我们学习一下fork后，操作系统还做了一些什么事情

• 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当中
• fork返回，开始调度器调度

进程不仅仅是将代码和数据加载到内存上，还需要操作系统维护它的PCB、mm_struct、页表等等。子进程和父进程的所有代码都是共享的，只是fork之前的代码子进程不会执行

2.写时拷贝

子进程和父进程的数据采用写时拷贝，子进程不改变数据时，与父进程使用同一块空间，需要改变时操作系统会为子进程单独开辟一块空间。

二、进程退出

进程退出大致可以分为三种情况，①代码运行完毕，结果正确 ②代码运行完毕，结果错误 ③代码异常终止

1.进程退出方式

正常终止
① 从main返回
int main(){return 0;} 我们在写程序的时候在main函数最后都会加上一个return语句，这个语句实际上就是返回进程退出码的。
② 调用exit
③ 调用_exit
 
异常退出
ctrl + c,信号终止

2.进程退出码

任何进程退出时，都会留下退出码，保存在PCB里面，操作系统根据退出码可以知道进程是否正常运行。

linux下有134个退出码，通常0表示正常退出，其他数字表示不同的错误。

所以这就是为什么main函数中的返回值是0的原因。

查看linux系统下的进程退出码：使用指令 echo $?

3.exit 函数和 _exit 函数

_exit函数

参数：status 定义了进程的终止状态，父进程通过wait来获取该值

exit函数

_exit： 强制终止进程，不要进行进程的后续收尾工作，比如刷新缓冲区。
exit：最后也会调用_exit, 但在调用_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
   
   

三、进程等待

1.概念

概念：进程等待是进程的一种状态, 是父进程等待子进程退出时的一个过程。
 
为什么要有进程等待？

• 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。
• 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。
• 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

2.wait

wait：
#include 头文件
#include 头文件
pid_t wait(int*status); 函数
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

3.waitpid

waitpid：
*pid_ t waitpid(pid_t pid, int status, int options);
返回值：
当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的进程ID； 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； 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,等待任一个子进程。与wait等效。 Pid>0.等待其进程ID与pid相等的子进程。
status: WIFEXITED(status): 若为正常终止子进程返回的状态，则为真。（查看进程是否是正常退出） WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）
options:
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。

waitpid有三个参数，
pid_t pid :第一个参数可以指定等待进程的pid，意思就是waitpid可以等待一个指定的子进程退出，当pid>0,表示等待指定进程，pid<0,等待任意一个子进程。
WNOHANG： 第三个参数设置父进程等待方式为非阻塞等待。设置为0表示为阻塞等待。

4.获取子进程status

status：输出型参数，获取子进程退出信息。

wait和waitpid（第二个参数），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 。

status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待 ，只研究status低16比特位）

我们在观察进程是否正常退出的时候先去看他的退出信号，如果退出信号不为0，即使他的退出码为0，那也是异常终止，如果退出信息为0，去看他的退出码，退出码为0，说明程序正常运行完，正常退出，不为0，说明程序正常运行完，结果不对。

这里的退出信号表示的是，进程异常终止时的情况。

情况1：进程信号正常，进程退出码正常，进程正常运行完退出

情况2：程序正常运行完，结果不对

情况3：代码运行异常，信号不正常

四、进程程序替换

1.原理

进程不改变，仅替换当前进程的代码和数据。

程序本质就是一个文件，文件 = 程序的代码 + 程序数据。所以进程替换就是将指定 文件加载到进程的数据段和代码段，不会创建新的进程。

问题：既然父子进程代码是共享的，那么为什么子进程的代码改变不会影响父进程？
进程具有独立性，进程替换会更改代码区的代码，也要发生写时拷贝。

2.进程替换接口

 
命名理解

• l(list) : 表示参数采用列表

• v(vector) : 参数用数组

• p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH

• e(env) : 表示自己维护环境变量

① execl

执行一个程序需要两个步骤，①找到程序所在位置 ②加载执行程序
第一个参数顾名思义，就是找路径，后面的可变参数列表就是交代程序执行方式

execl系列的也会有返回值，当程序替换失败时会返回-1，此时我们并不需要接受返回值然后去判断，如果执行到execl后续代码时，我们知道该程序已经程序替换失败，此时我们可直接返回我们的退出码即可。

② execv

第一个参数还是路径，第二个参数是一个字符指针数组，数组中最后一个元素还是得NULL结尾

③ execlp

④ execvp

⑤ execle

第一个参数路径，第二个参数执行，第三个参数，传入环境变量，可以是自定义，也可以是传入全局的环境变量
我们在使用程序替换函数时，不仅可以替换系统指令，还可以替换为我们自己的程序。