Linux进程控制
目录
1.进程创建
fork函数初识
fork函数返回值
写时拷贝
fork常规用法
fork调用失败的原因
2.进程终止
进程退出场景
进程常见退出方法
_exit函数
exit函数
return退出
3.进程等待
进程等待必要性
进程等待的方法
wait方法
waitpid方法
获取子进程status
具体代码实现
4.进程程序替换
替换原理
替换函数
函数解释
命名理解
1.进程创建
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。
#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 进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：
- 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
- 添加子进程到系统进程列表当中
- fork返回，开始调度器调度
当一个进程调用fork之后，就有两个二进制代码相同的进程。而且它们都运行到相同的地方。但每个进程都将可以开始它们自己的旅程，看如下程序。
int main( void )
{
pid_t pid;
printf("Before: pid is %d\n", getpid());
if ( (pid=fork()) == -1 )perror("fork()"),exit(1);
printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);
sleep(1);
return 0;
}
运行结果：
[root@localhost linux]# ./a.out
Before: pid is 43676
After:pid is 43676, fork return 43677
After:pid is 43677, fork return 0这里看到了三行输出，一行before，两行after。进程43676先打印before消息，然后它又打印after。另一个after消息有43677打印的。注意到进程43677没有打印before，为什么呢？如下图
所以，fork之前父进程独立执行，fork之后，父子两个执行流分别执行。注意，fork之后，谁先执行完全由调度器决定。
fork函数返回值
- 子进程返回0，
- 父进程返回的是子进程的pid。
写时拷贝
通常，父子代码共享，父子再不写入时，数据也是共享的，当任意一方试图写入，便以写时拷贝的方式各自一份副本。具体见下图:
fork常规用法
- 一个父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段。例如，父进程等待客户端请求，生成子进程来处理请求。
- 一个进程要执行一个不同的程序。例如子进程从fork返回后，调用exec函数。
fork调用失败的原因
- 系统中有太多的进程
- 实际用户的进程数超过了限制
2.进程终止
进程退出场景
- 代码运行完毕，结果正确
- 代码运行完毕，结果不正确
- 代码异常终止
进程常见退出方法
正常终止（可以通过 echo $? 查看进程退出码）：
1. 从main返回
2. 调用exit
3. _exit
异常退出：
ctrl + c，信号终止
_exit函数
#include
void _exit(int status);
参数：status 定义了进程的终止状态，父进程通过wait来获取该值 - 说明：虽然status是int，但是仅有低8位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时，在终端执行$?发现返回值是255。
exit函数
#include
void exit(int status); 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
实例：
int main()
{
printf("hello");
exit(0);
}
运行结果:
[root@localhost linux]# ./a.out
hello[root@localhost linux]#
int main()
{
printf("hello");
_exit(0);
}
运行结果:
[root@localhost linux]# ./a.out
[root@localhost linux]#return退出
return是一种更常见的退出进程方法。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。
3.进程等待
进程等待必要性
- 之前讲过，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。
- 另外，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。
- 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
进程等待的方法
wait方法
#include
#include
pid_t wait(int*status);
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 waitpid方法
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。- 如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，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。
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）：
测试代码：
#include
#include
#include
#include
#include
int main( void )
{
pid_t pid;
if ( (pid=fork()) == -1 )
perror("fork"),exit(1);
if ( pid == 0 ){
sleep(20);
exit(10);
} else {
int st;
int ret = wait(&st);
if ( ret > 0 && ( st & 0X7F ) == 0 ){ // 正常退出
printf("child exit code:%d\n", (st>>8)&0XFF);
} else if( ret > 0 ) { // 异常退出
printf("sig code : %d\n", st&0X7F );
}
}
}
测试结果：
[root@localhost linux]# ./a.out #等20秒退出
child exit code:10
[root@localhost linux]# ./a.out #在其他终端kill掉
sig code : 9 具体代码实现
- 进程的阻塞等待方式：
int main()
{
pid_t pid;
pid = fork();
if (pid < 0) {
printf("%s fork error\n", __FUNCTION__);
return 1;
}
else if (pid == 0) { //child
printf("child is run, pid is : %d\n", getpid());
sleep(5);
exit(257);
}
else {
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);//阻塞式等待，等待5S
printf("this is test for wait\n");
if (WIFEXITED(status) && ret == pid) {
printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\n", WEXITSTATUS(status));
}
else {
printf("wait child failed, return.\n");
return 1;
}
}
return 0;
}
运行结果:
[root@localhost linux]# ./a.out
child is run, pid is : 45110
this is test for wait
wait child 5s success, child return code is :1.- 进程的非阻塞等待方式：
#include
#include
#include
#include
int main()
{
pid_t pid;
pid = fork();
if (pid < 0) {
printf("%s fork error\n", __FUNCTION__);
return 1;
}
else if (pid == 0) { //child
printf("child is run, pid is : %d\n", getpid());
sleep(5);
exit(1);
}
else {
int status = 0;
pid_t ret = 0;
do
{
ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG);//非阻塞式等待
if (ret == 0) {
printf("child is running\n");
}
sleep(1);
} while (ret == 0);
if (WIFEXITED(status) && ret == pid) {
printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\n", WEXITSTATUS(status));
}
else {
printf("wait child failed, return.\n");
return 1;
}
}
return 0;
} 4.进程程序替换
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。
替换函数
其实有六种以exec开头的函数,统称exec函数：
#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 char *file, char *const argv[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]); 函数解释
- 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。
命名理解
这些函数原型看起来很容易混,但只要掌握了规律就很好记。
- 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
exec调用举例如下:
#include
int main()
{
char* const argv[] = { "ps", "-ef", NULL };
char* const envp[] = { "PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL };
execl("/bin/ps", "ps", "-ef", NULL);
// 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
execlp("ps", "ps", "-ef", NULL);
// 带e的，需要自己组装环境变量
execle("ps", "ps", "-ef", NULL, envp);
execv("/bin/ps", argv);
// 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
execvp("ps", argv);
// 带e的，需要自己组装环境变量
execve("/bin/ps", argv, envp);
exit(0);
} 事实上,只有execve是真正的系统调用,其它五个函数最终都调用 execve,所以execve在man手册 第2节,其它函数在man手册第3节。这些函数之间的关系如下图所示。
下图exec函数族 一个完整的例子:
