Linux_进程控制(创建进程，等待进程，进程终止）

1.创建进程

1.1 fork()函数初识

在linux中fork函数时非常重要的函数，它从已存在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。

pid_t fork(void);

//fork函数的头文件
#include  

• 返回值：创建成功给子进程返回0，父进程返回子进程id，出错返回-1
• 使用 fork() 函数得到的子进程是父进程的一个复制品，它从父进程处继承了整个进程的地址空间：包括进程上下文（进程执行活动全过程的静态描述）、进程堆栈、打开的文件描述符、信号控制设定、进程优先级、进程组号等。子进程所独有的只有它的进程号，计时器等（只有小量信息）。

进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核(OS)做：

• 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(fork创建子进程是以父进程为“模板”的）
• 添加子进程到系统进程列表当中
• fork返回，开始调度器调度

1.2 fork()创建进程代码示例

#include 
#include 
#include 
 
int main(int argc, char *argv[])
{
	pid_t pid;
	pid = fork();
	
	if( pid < 0 ){	// 没有创建成功
		perror("fork");
	}
	
	if(0 == pid){ // 子进程
		while(1){
			printf("I am son\n");
			sleep(1);
		}
	}
	else if(pid > 0){ // 父进程
		while(1){
			printf("I am father\n");
			sleep(1);
		}
	}
	
	return 0;
}

运行结果：

2.等待进程

2.1 进程等待概念

之前说，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，进而造成内存泄露，进而，进程一旦变成僵尸状态，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，结果是还是不对，或者是否正常退出，我们需要知道。

• 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

2.2进程等待必要性

• 子进程退出，父进程如果不处理，就可能造成僵尸进程的问题，从而导致内存泄漏。
• 另外，进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，kill -9 也没办法杀死，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。

2.3 进程等待方法

2.3.1 wait

pid_t wait(int *status)

//头文件
#include
#include

返回值：

• 成功：返回被等待进程（子进程）pid
• 失败：返回-1
• 输出型参数，获取子进程退出状态，不关心则可以设置为NULL

wait进程等待代码示例：

2.3.2waitpid

pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options)

//头文件： 
#include
#include

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发现已经没有已经可以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

参数说明：

• 1.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

• 2.status
  WIFEXITED(status): 若为正常终止子进程返回的状态，则为真（此参数是查看进程是否是正常退出）
  WEXITSTATUS(status): 若WEXITSTATUS非零，提取子进程退
  出码（查看进程的退出码）

• 3.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

• 如果子进程已经退出，调用wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退出信息
• 如果在任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞
• 如果不存在该子进程，则立即出错返回
• 子进程的退出是个异步事件（子进程可以在父进程运行的任何时刻终止）

waitpid进程等待代码示例：

2.4 获取子进程status

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）：

正常终止：

status & 0x7f， 如果是0的话，那就表示正常退出
0xff是0111111，status按位与0x7f，表示取出status的低7位

当正常终止的时候，status高8位就是子进程的退出码
status & 0xff，就是取出status的高8位

异常终止：

status & 0x7f， 不为0的话，那就表示异常退出

代码示例：

3.进程终止

3.1 进程退出的情况

1. 代码跑完了，结果正确
2. 代码跑完了，结果不正确
3. 代码没跑完，程序异常终止

正常终止（可以通过 echo $? 查看最近一次进程退出码）：

1. 从main返回
2. 调用exit / _exit

异常退出：

3. ctrl + c，信号终止

3.2 main函数用return退出进程

main函数退出时, return的数字就是程序的退出码。 问题： 为什么main的return一般会写成0？
因为0在函数设计中，一般代表正确。非0代表错误。

#include 
#include 
#include 
  
using namespace std;
 
int main()
{
	cout << "hello" << endl;
    return 0;//退出码为0                                                                     
}

3.3 exit函数退出

void exit(int status);

//头文件
#include 

• exit：终止整个进程，任何地方都会调用，都会终止。
• return：终止函数。main函数return 代表进程退出。

3.4 _exit函数

void _exit(int status);

//头文件
#include 

• 参数：status 定义了进程的终止状态，父进程通过wait来获取该值
• 说明：虽然status是int，但是仅有低8位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时，在终端执行$?发现返回值是255。

代码示例：

#include 
#include 
#include 
#include 

 using namespace std;
  
int exe()
{
   _exit(12);
   return 12;
 }
  
 int main()
 {
   cout << "you should running here!";                                                    
   sleep(5);//sleep5秒
   exit(13);                            
   return 0;//退出码为0                 
 }

3.5 _exit()和exit()的区别

1. 最大的区别是 exit()函数在调用 _exit() 系统调用之前要检查文件的打开情况，把文件缓冲区中的内容写回文件 (即刷新缓冲区), 然后将控制权交给内核 . _exit() 则是执行后立即返回给内核，而exit()要先执行一些清除操作
2. 调用_exit函数时，会关闭进程所有的文件描述符，清理内存以及其他一些内核清理函数，但不会刷新缓冲区, exit函数是在_exit函数之上的一个封装，其会调用_exit，并在调用之前先刷新缓冲区。

• 补充： exit()函数在调用exit系统之前要检查文件的打开情况，把文件缓冲区的内容写回文件。由于Linux的标准函数库中，由于内存中都有一片缓冲区. 每次读文件时，会连续的读出若干条记录，这样在下次读文件时就可以直接从内存的缓冲区读取. 同样，每次写文件的时候也仅仅是写入内存的缓冲区，等满足了一定的条件（如达到了一定数量或遇到特定字符等），再将缓冲区中的内容一次性写入文件。这种技术大大增加了文件读写的速度，但也给编程代来了一点儿麻烦。比如有一些数据，认为已经写入了文件，实际上因为没有满足特定的条件，它们还只是保存在缓冲区内，这时用_exit()函数直接将进程关闭，缓冲区的数据就会丢失。因此，要想保证数据的完整性，就一定要使用exit()函数。