Linux进程控制（代码+图解）

一.进程创建

1.fork()

让正在运行的程序创建出来一个子进程，它从已存在的进程中创建一个新进程，新进程为子进程，而原进程为父进程。
返回值：pid_t
创建失败：返回-1；
创建成功：
大于0：返回给父进程
等于0：返回给子进程

2.fork的工作内容

创建子进程，子进程拷贝父进程的PCB

1）：分配新的内存块和内核数据结构（task_struct）给子进程
2）：将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
3）：添加子进程到系统进程列表当中，添加到双向链表中
4）：fork返回，开始调度器（操作系统开始调度）调度

3.用户控件&内核空间

内核空间：Linux操作系统和驱动程序运行在内核空间。即系统调用函数都是在内核空间运行的，因为是操作系统提供的函数。
用户空间：应用程序都是运行在用户空间的。即自己写的代码都是运行在用户空间的。
但是，当程序员的代码调用了系统调用函数，则会切换到内核空间执行。执行完毕之后，再返回到用户空间继续执行用户代码。

4.写时拷贝

在父进程创建出子进程后，子进程的PCB是拷贝父进程的，页表也是拷贝父进程的，在刚开始，同一变量的虚拟地址和物理地址的映射关系是一样的，操作系统并没有给子进程的变量在物理内存中分配空间，子进程的变量还是原来父进程中物理地址中的内容。
当数据进行改变时：以写时拷贝的方式进行拷贝一份，此时父子进程通过各自的页表，指向不同的物理地址。
当数据不发生改变：父子进程共享同一个数据。

5. fork的用法

守护进程：

父进程创建子进程，让子进程执行真正的业务（进程程序替换），父进程负责守护子进程。
当子进程在执行业务时出现问题，父进程负责重新启动子进程，让子进程继续提供服务。

二.进程终止

1.进程终止的场景

进程终止可分为三种
代码运行结束，结果正确；
代码运行结束，结果不正确；
代码异常终止；

正常终止:
从main函数的return返回 只有main函数的return才能结束程序
调用exit函数（库函数）#include
作用：谁调用终止谁

其中status为程序退出的退出码（ 可以用echo $？查看进程退出码）

调用_Exit函数（系统调用函数）#include
作用：谁调用终止谁

异常终止： 异常终止即程序崩溃
可能导致其的原因有：ctrl+c，内存访问越界，访问空指针

2.exit和_Exit的区别

exit函数比_exit函数多执行两个步骤
1.执行用户自定义的清理函数
2.冲刷缓冲区，关闭流等
3.调用进程（_Exit）；（exit函数的实现也调用了_Exit函数）

3.自定义清理函数

回调函数：在代码中注册一个函数，在特定的时候进行执行

#include
#include
void atexit_callback(void)
{
    printf("i am atexit_callback\n");
}

int main()
{
    //atexit函数是注册函数，并没有在注册时候使用，所有此时不会调用
    atexit(atexit_callback);
    printf("end\n");
    exit(0);
    return 0;
}

可以看到，函数的调用是在exit之后执行的
而如果将exit改为_Exit,则不会调用函数

4.缓冲区

缓冲区：缓冲区是C标准库定义的，不属于操作系统内核。建立缓冲区可以减少IO次数，当触发冲刷缓冲区的条件后，缓冲区的内容才会进行IO操作（比如打印到屏幕上，写入文件内）

刷新缓冲区的方法

1.exit
2.main函数的return
3.fflush
4.\n
注意：_exit不会刷新缓冲区

三.进程等待

1.必要性

僵尸进程：子进程先于父进程退出，父进程没有回收子进程的退出状态，则子进程会变成僵尸进程

为了防止僵尸进程的发生，父进程可以进行进程等待，回收子进程的退出状态信息，防止子进程变成僵尸进程
（僵尸进程的最合理解决方案：进程等待）

2.wait函数

2.1 函数原型

函数原型：
#include
#include
pid_t wait(int*status);//等待任一子进程

作用：等待子进程退出（回收退出的子进程的退出状态）
返回值：
成功：返回被等待进程的pid；
失败：返回-1；

2.2 参数的含义

参数：输出型参数，获取子进程退出状态，不关心则设置为NULL；
int * status：
wait函数的调用者，想要获取子进程的退出状态信息，但wait的返回值以及有含义了，所以wait获取到的子进程的退出状态信息是通过参数进行传递的。

只用到低位的两个字节
子进程正常退出，如果传递status，会获取到子进程的退出状态
子进程异常退出，如果传递status，会获取到coredump标志位+退出信号

正常退出的时候，退出码会被设置，coredump标志位为0，不会有退出信号

异常退出的时候，退出码不会被设置，coredump标志位为1，退出信号被设置

如何判断子进程是正常退出还是异常退出

wait返回值：
大于0并且退出信号没有被设置（==0）：正常退出

大于0并且退出信号被设置（有值）：异常退出
先设置下核心转储文件的大小为unlimited，也就是不限制

3.waitpid函数

3.1 函数原型

pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

返回值：
1.正常返回时waitpid返回收集到的子进程的进程ID ；
2.若设置WNOHANG(非阻塞)，而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集，则返回0；
3.若调用出错，返回-1，这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在；

3.2 参数的含义

pid_t pid:
-1：等待任一子进程与wait等效
大于0：等待其进程与pid相等的子进程。
int * status：
子进程退出信息（同wait）
int options：
WNOHANG:设置waitpid为非阻塞状态
若pid指定的子进程没有结束，则waitpid的函数返回0，不予以等待。若正常结束，返回该子进程pid。

设置为非阻塞状态后，子进程并没有被父进程等待到
解决方法：waitpid函数调用要搭配循环使用

四.进程替换

为什么要进行进程程序替换：
父进程创建出来的子进程和父进程拥有相同的代码段，所有，子进程看到的代码和父进程是一样的
当我们想要子进程执行不同的程序时，就需要子进程调用进程程序替换的接口，从而让子进程执行不同的代码

1.原理

替换进程的代码段和数据段，更新堆栈

2.exec函数簇

#include `
int execl(const char *path, const char *arg, …);
int execlp(const char *file, const char *arg, …);
int execle(const char *path, const char *arg, …,char *const envp[]);
int execv(const char *path, char const argv[]);
int execvp(const charfile,char *const argv[]);

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。

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

2.1 execl

int execl(const char *path, const char *arg, …);
参数：
pash：带路径的可执行程序
arg：传递给可执行程序的命令行参数；第一个参数为可执行程序本身，如果需要传递多个参数，则用“，”进行间隔，末尾以NULL结尾。
返回值：调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回，调用失败返回-1；

没有打印出end，即程序替换成功了

2.2 execlp

int execlp(const char *file, const char *arg, …);
file：可执行程序，可以不用带路径，也可以带路径。
execlp会自动搜索PATH这个环境变量去看能不能找到；找到：正常替换；没找到：报错返回，替换失败返回-1；

arg：传递给可执行程序的命令行参数；第一个参数为可执行程序本身，如果需要传递多个参数，则用“，”进行间隔，末尾以NULL结尾。

2.3 execle

int execle(const char *path, const char *arg, …,char *const envp[]);
path:带路径的可执行程序（需要路径）
arg：传递给可执行程序的命令行参数；第一个参数为可执行程序本身，如果需要传递多个参数，则用“，”进行间隔，末尾以NULL结尾。
envp :在调用的时候，需要自己组织环境变量传递给函数
返回值：成功则替换；失败返回-1；

2.4 execv

int execv(const char *path, char *const argv[]);
path:带路径的可执行程序
argv：传递给可执行程序的命令行参数，以指针数组的方式进行传递
第一个参数为可执行程序本身，多个参数都放在数组当中，末尾以NULL结尾
返回值：成功则替换；失败返回-1；

2.5 execvp

int execvp(const char*file,char *const argv[]）
file：可执行程序，可以不用带路径，也可以带路径。
argv：传递给可执行程序的命令行参数，以指针数组的方式进行传递
第一个参数为可执行程序本身，多个参数都放在数组当中，末尾以NULL结尾

返回值：成功则替换；失败返回-1；

2.6 execve

int execve(const char *path, char *const argv[]，，char *const envp[]);
path:带路径的可执行程序
argv：传递给可执行程序的命令行参数，以指针数组的方式进行传递
第一个参数为可执行程序本身，多个参数都放在数组当中，末尾以NULL结尾
返回值：成功则替换；失败返回-1；
envp :在调用的时候，需要自己组织环境变量传递给函数
返回值：成功则替换；失败返回-1；

3. 函数之间的区别

execve是系统调用函数，其他都是库函数