Linux——（四）进程控制

1.进程创建

1.1 pid_t fork(void);

#include 
pid_t fork(void);
//返回值：自进程中返回0，父进程返回子进程id，出错返回-1

• 功能：通过复制父进程创建一个新的进程（子进程）
• 参数：无
• 返回值：对于父进程返回子进程的pid，对于子进程返回0，失败返回-1
• 特点：父子进程之间数据独有
• 写实拷贝技术：先指向同一块物理内存，当物理内存数据发送改变的时候给子进程重新开辟空间（代码段是只读）

1.2 pid_t vfork(void);

#include 
pid_t vfork(void);

• 功能：通过复制父进程创建一个新的进程（但是父子进程共用一个虚拟地址空间）
• 特性：vfork创建子进程之后，父进程会阻塞，直到进程exit退出，或者程序替换之后才会开始运行。

父进程阻塞直到子进程退出或者程序替换后才会运行

• 特点：父子进程共用一个虚拟地址空间，如果同时运行会造成调用栈混乱。

2. 进程退出

mam手册 man 1-命令 2-系统调用接口 3-库函数

• 在main函数中return（return只有在main函数中才是退出程序的运行）
• 库函数：void exit(int status);可以在任意位置调用，退出程序的运行(/stdlib.h)
• 系统调用接口： void _exit(int status):可以在任意位置调用，退出程序的运行(unistd.h)

库函数和exit 和_exit的区别就在于：退出程序前是否会刷新缓存区
exit与return在退出程序前都会刷新缓冲区，将还没有写入文件的数据写入到文件中

_exit调用直接退出，不会刷新缓冲区，而是直接释放资源(有可能存在缓冲区中的数据丢失)
return后边的数字和exit的参数status的作用:设置进程的退出码
退出码只保留低8位(我们设置进程退出码尽量保持在0~255之间)

3.进程等待

等待子进程退出，获取子进程的退出码，释放子进程资源，避免子进程成为僵尸进程。
僵尸进程 ：子进程先于父进程退出，为了保存退出码，没有完全释放资源。
我们有时候虽然对父进程的退出码不关心，但是依然需要进程等待，因为要避免这个子进程成为僵尸进程。

3.1 进程等待的方法

1. int wait(int* status)

• 功能：阻塞等待任意一个子进程的退出。（意味着如果当前有子进程且都没有退出就会阻塞进程一直等待。）
  阻塞等待：为了完成一个功能，我们发起了一个调用，如果功能不能立即完成则一直等待
• 参数： int * status 一个int整形空间的地址，用于存放退出码。
• 返回值：成功则返回退出的子进程的pid，失败返回-1(比如没有子进程)

2. int waitpid(pid_t pid, int* status, int option);

• 功能：等待一个子进程退出，但是可以等待指定的子进程，以及可以进程非阻塞等待。
  非阻塞等待：为了完成一个功能，我们发起了一个调用，如果功能不能立即完成则接口立即报错返回。

• 参数：
  pid_t pid ——用于指定等待子进程的pid，如果为-1则表示等待任意一个子进程。
  int* status——整形空间地址，用于获取退出码
  int option——设置阻塞标志，0-表示阻塞等待；WNOHANG-表示非阻塞等待

• 返回值：大于0表示处理的退出子进程的pid;等于0表示当前没有子进程退出（适用于非阻塞等待）；返回值小于0表示出错了，

3. 代码演示：
   结果：
   

4. 程序替换

1. 程序替换定义：
   一个进程正在调度管理的程序。通常很少替换当前进程调度的程序，而是创建子进程之后。替换子进程所运行的程序。
2. 替换原理：
   用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支),子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程,所以调用exec前后该进程的id并未改变。
   
3. 替换函数1
   输入: man execl 得到下图
   
   其中 extern char **environ;（是一个全局变量的声明，是一个二级指针，这个全局变量中保存了所有的环境变量）
   4.函数：int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
   path:要替换的新程序的路径名；
   argv:传递给新程序的运行参数；
   env：传递给新的程序的环境变量，设置为environ则表示传递默认已有的环境变量，如果自定义就是给什么有什么。
   返回值：失败返回-1；成功返回0
   注意：程序替换函数如果替换成功，则这个函数调用之后的代码都不会被运行，因为程序已经被替换成为新程序，而新程序运行完毕之后，进程就退出了（不会返回之前的程序运行）
4. 替换函数:
   linux下的：
   （1）

#include 
int execl(const char *path, const char *arg, ...);

path：程序路径名；
argv…不定参：参数单个赋予，不需要组织成为指针数组，但是以NULL结尾；环境变量使用默认已有的。
（2）

int execlp(const char *filename, const char *arg, ...);

filename：程序不用给路径，只给名字就行，会自动默认到PATH环境变量指定的路径下去找。
（3）

int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]);

相比较（1）和（2），由自己设置环境变量。不使用默认环境变量。
注意：
有没有p（没有p则需要给程序路径名。有p则需要给名称不需要路径，但是程序必须在环境变量PATH指定的路径下，常用于命令）；
有没有e（没有e则需要使用默认的环境变量，有e则需要设定环境变量）
（4）

int execv(const char *path, char *const argv[]);

程序给路径名，不需要设定环境变量使用默认。

5. 编写一个minishell

shell：命令解释器，知道用户干什么，然后执行对应的功能程序，完成用户的要求。shell功能流程：

1. 捕捉键盘输入[ ls -l -a ] —— gets（char *buf)：获取一行数据
   
2. 字符串解析得到指令名称和运行参数 [ls] [-a] [-l ]
3. 创建子进程（执行指令程序（程序替换），但是如果替换了当前shell为新的指令程序，则命令运行完毕，shell就没有了）
4. 在子进程中进行程序替换，让子进程运行命令程序—— execvp:用数组进行存储
   
5. 等待子进程退出，避免子进程成为僵尸进程—— wait()
   
6. 循环上去，重新继续捕捉输入

minishell.c:


结果：