[Linux]进程控制

[Linux]进程控制

进程退出情况分类

• 进程正常执行完成
  • 运行结果正确
  • 运行结果错误
• 进程异常终止 – (进程产生错误后，收到了操作系统的信号)

进程退出码的理解

进程主体功能执行完毕后会(return)返回退出码，进程正常执行完成后，根据运行结果的不同会返回不同的退出码，不同的退出码代表不同的含义，其中0退出码代表运行结果正确，其他数字分别代表一种运行错误结果。通过查验退出码可以得知，进程运行情况。

查看C语言的退出码含义

C语言库函数遵循C语言的退出码标准，使用C语言的库函数strerror函数可以将C语言标准中的退出码转换成说明其情况的字符串，编写如下代码查看：

#include 
#include 

int main()
{
  int i = 0;
  for (i = 0; i < 150; i++)//150并非准确的退出码个数，为预估值
  {
    printf("%d -> %s\n", i, strerror(i));
  }
  return 0;
}

编译代码执行程序查看结果:

查看进程退出码

Linux系统中echo $?可以查看最近一次退出的进程的退出码：

ls进程遵守C语言标准的返回码，因此在文件不存在时返回码是2。

进程退出方式

1. 调用_exit函数

_exit函数是Linux操作系统提供的系统接口，用户可以调用该系统调用接口让操作系统退出进程，该函数所处的头文件及参数列表如下:

_exit的参数会作为进程退出的退出码，编写如下代码测试:

#include 
#include 

int main()
{
  _exit(123);
  return 0;
}

编译代码执行程序查看结果:

说明: _exit函数无论在任何位置调用都能退出进程。

2. 调用exit函数

exit函数是C语言提供的库函数，用户可以调用该库函数让操作系统退出进程，该函数所处的头文件及参数列表如下:

exit的参数会作为进程退出的退出码，编写如下代码测试:

#include 
#include 

int main()
{
  exit(222);
  return 0;
}

编译代码执行程序查看结果:

说明: exit函数无论在任何位置调用都能退出进程。

_exit函数和exit函数的区别

exit函数是C语言的库函数，库函数的实现要依赖于开发环境的具体实现，由于只有操作系统有退出进程（释放pcb+代码和数据）的权利，因此exit函数是封装系统接口_exit函数实现的，此外exit函数还会执行用户定义的清理函数，冲刷缓冲区，关闭流等操作。如下图:

为了验证exit函数和_exit函数的区别，首先编写如下代码:

#include 
#include 

int main()
{
  printf("hello world");
  sleep(2);
  _exit(123);
  return 0;
}

编译代码执行程序查看结果:

然后编写如下代码:

#include 
#include 
#include 

int main()
{
  printf("hello world");
  sleep(2);
  exit(222);
  return 0;
}

编译代码执行程序查看结果:

可以看到调用_exit的进程由于没有冲刷缓冲区，导致最终输出没有打印到屏幕上，而调用exit的进程冲刷了缓冲区，使得输出打印到了屏幕上。

3. main函数中调用return

return是一种更常见的退出进程方法。在main函数中执行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。

进程等待

进程等待是调用系统接口，释放僵尸状态的子进程所占的内存资源，并且接收进程的退出码和退出信号。

wait函数

wait函数会一直等待直到子进程退出进入僵尸状态，然后将子进程回收。该函数的头文件和参数列表如下:

• 参数列表为NULL的功能只有回收自己成所占的内存资源。
• 参数为输出型参数，接收子进程的退出码和退出信号。
• 等待成功返回等待到的子进程的id，等待失败返回-1。

为了验证wait函数的作用，编写如下代码：

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
  pid_t id = fork();
  if (id == 0)
  {
    //子进程
    int cnt = 5;
    while(1)
    {
      printf("我是子进程，我还能活%dS，我的pid是:%d, 我的ppid是:%d\n", cnt--, getpid(), getppid());
      sleep(1);
      if (cnt == 0) exit(123);
    }
  }
  //父进程
  sleep(10);
  pid_t ret_id = wait(NULL);
  printf("我是父进程，我等待子进程成功，我的pid:%d, 我的ppid:%d, ret_id:%d\n", getpid(), getppid(), ret_id);
  sleep(3);
  return 0;
}

编译代码执行程序查看结果:

在子进程执行5秒后退出进入了僵尸状态，再然后父进程调用了wait函数回收了子进程。

waitpid函数

wait函数会等待子进程退出进入僵尸状态，然后将子进程回收。该函数的头文件和参数列表如下:

• 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。

• 参数status

  • 输出型参数，接收等待进程的退出码和退出信号。

• 参数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。
  • 0：若pid指定的子进程没有结束，一直等待直到指定的子进程结束。

• 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status的结构示意图如下:

status中的次低8位（倒数第9位到倒数第16位）二进制数转化成十进制就是进程退出码，status中低7位二进制数转换成十进制就是进程退出信号。（wait函数接收的status参数结构相同。）

为了验证waitpid函数的作用，编写如下代码：

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
  pid_t id = fork();
  if (id == 0)
  {
    //子进程
    int cnt = 5;
    while(1)
    {
      printf("我是子进程，我还能活%dS，我的pid是:%d, 我的ppid是:%d\n", cnt--, getpid(), getppid());
      sleep(1);
      if (cnt == 0) exit(123);
    }
  }
  //父进程
  int status = 0;
  waitpid(id, &status, 0);
  printf("我是父进程，我等待子进程成功，我的pid:%d, 我的ppid:%d, ret_code:%d, ret_signal:%d\n", getpid(), getppid(), (status>>8)&0xFF, status&0x7F);
  return 0;
}

编译代码执行程序查看结果:

可以看出waitpid函数确实接收到了子进程的退出码123，由于是正常执行完的退出信号为0。

wait/waitpid获取退出码和退出信号的原理

在子进程的pcb中会存在存储进程退出码和退出信号的字段，子进程退出后进入僵尸状态时，pbc还保留在内存中，wait/waitpid函数只需要找到对应pid的pcb就可以获得到子进程的退出码和退出信号。

waitpid的阻塞等待和非阻塞等待

waitpid第三个参数设置为0，表示waipid采用阻塞等待的方式，也就是调用waitpid后，进程会一直等待子进程的退出，如果子进程不退出，调用waitpid的进程就会阻塞，直到子进程退出。

waitpid第三个参数设置为WNOHANG，表示waipid采用非阻塞等待的方式，也就是调用waitpid后，立刻查看进程是否退出，如果没有退出就什么都不做并返回0，如果进程退出了，就获取退出码和退出信号并释放内存空间。为了验证waitpid函数的非阻塞等待作用，编写如下代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
  pid_t id = fork();
  if (id == 0)
  {
    //子进程
    int cnt = 5;
    while(1)
    {
      printf("我是子进程，我还能活%dS，我的pid是:%d, 我的ppid是:%d\n", cnt--, getpid(), getppid());
      sleep(1);
      if (cnt == 0) exit(123);
    }
  }
  int status = 0;
  while(1)
  {
    pid_t ret_id = waitpid(id, &status, WNOHANG);
    if (ret_id < 0)
    {
      perror("子进程出错\n");
      exit(1);
    }
    else if (ret_id == 0)
    {
      printf("子进程还没退出，我再等等\n");
      sleep(1);
      continue; 
    }
    else 
    {
      printf("我是父进程，我等待子进程成功，我的pid:%d, 我的ppid:%d, ret_code:%d, ret_signal:%d\n", getpid(), getppid(), (status>>8)&0xFF, status&0x7F);
      exit(0);
    }
  }
  return 0;
}

编译代码执行程序查看结果: