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🎇Linux：进程控制
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🍣 🍥 🍙
目录
🍣1. 进程创建
现阶段我们知道进程创建有如下两种方式：
- 命令行启动命令 (程序、指令等)。
- 通过程序自身，fork 的子进程。
🍥1.1 回忆fork
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 <unistd.h>
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
现在我们知道，创建一个进程，内核会为它分配新的内存块加载代码和数据，创建各种内核数据结构包括进程控制块PCB、地址空间、页表、构建映射关系；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(运行队列)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。
#include <unistd.h>
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
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，然后它有打印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？
如下图所示:
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。
🍥1.2 fork函数的返回值
观察如下代码运行后共创建了多少个子进程，他们之间的关系是什么？
#include<stdio.h>
2 #include<unistd.h>
3
4 int main()
5
6 const char* str = "hello byh";
7 fork();
8 fork();
9 while(1)
10
11 printf("ppid: %d, pid: %d, str: %s\\n",getppid(),getpid(),str);
12 sleep(1);
13
14 return 0;
15
16
运行结果
这里共创建了 4 个子进程，其中 11095 fork 之后，创建了 11096 进程，最后 11096 和 11095 会再 fork 11097 和 11098。这里就算是 11098 进程，对于 test.c 中所有的代码都是共享的，只不过不会执行它以上的代码，其中 11098 进程是通过程序计数器 epi 指针知道自己该执行哪行代码的。
一般不会让父子进程做同样的事情
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
int main()
const char* str = "hello byh";
pid_t ret = fork();
if(ret == 0)
while(1)
printf("%d\\n",ret);
printf("%p\\n",&ret);
printf("child,ppid: %d, pid: %d, str: %s\\n",getppid(),getpid(),str);
sleep(1);
return 0;
else if (ret > 0)
while(1)
printf("%d\\n",ret);
printf("%p\\n",&ret);
printf("child,ppid: %d, pid: %d, str: %s\\n",getppid(),getpid(),str);
sleep(1);
else
perror("fork");
return 0;
运行代码
子进程创建之后，父子进程是共享代码的，我们认定 return 是代码，是和父子进程共享的代码，所以当我们父进程 return 时，这里的子进程也要 return，所以说这里的父子进程会 return 2 个值。
这里 pid_t ret = fork()，父进程调用 fork，在 return 时，子进程已经创建出来了，那么父进程就 return 子进程的 pid 来初始化 ret 局部变量，随后子进程就 return 0 ，此时必定是通过写时拷贝来完成数据的各自私有，虽然父子进程的 &ret 是一样的，但是物理内存一定是两块不同的空间。 当我们理解了为啥同一个变量，却可以是两个不同的值后，再看 fork 为啥会有两个返回值时就有了新的理解角度。
注意不是 fork 创建子进程，并写时拷贝，而是 fork 创建子进程之后，父子谁先写入谁就写时拷贝，这里发生写时拷贝的原因是父子进程 return 的值用于初始化局部变量 ret 了。
-
一 ：父子进程会使 fork return 2 个值。
-
二 (
较为准确)：返回时发生了写时拷贝。
写时拷贝的价值就是保证父子进程的独立性。
🍥1.3 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:
在父/子修改数据时，会发生缺页中断：OS再开辟一段空间，把数据拷贝过来(写时拷贝)，重新建立映射关系；父子分开，更改读写权限。这时候再进行写操作。这样保证了父子进程的独立性。
为什么存在写时拷贝?
- 写时拷贝是为了保证父子进程的独立性。
- 节省内存和系统资源，提高 fork 的效率，减少 fork 失败的概率。
父子进程创建时，所有数据直接各自拷贝一份不行吗 ？？？
不使用写时拷贝也可以保证父子进程的独立性，为啥还要费劲使用写时拷贝?
- 所有的数据，父和子并不是都必须写入数据，
有可能它们仅仅需要读取，而此时的各自拷贝是没有意义的，而且会浪费内存和系统资源。- fork 时，创建数据结构，如果还要将数据拷贝一份，
fork 的效率会降低。- fork 本质就是向系统申请更多的内存资源，
资源申请多了，fork 有可能就会失败。
🍥1.4 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。
🍥1.5 fork调用失败的原因
fork 是操作系统的接口，所以失败的原因一定是系统级别的原因。
- 系统中已经存在太多的进程了。
- 实际用户创建的进程超过了限制。
🍣2. 进程终止
🍥2.1 进程退出的三种场景
- 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
思考：为什么main函数总会return 0，意义何在？是否可以是其他值呢？
对于 main 函数的返回值，我们称之为进程退出码，它代表进程退出后，结果是否正确，通常进程退出码为
0 代表成功，!0 代表其它含义，如果你愿意你也可以 return 其它值。大部分情况下，main 函数跑完后，默认结果是正确的，所以以前返回的都是 0。
- 查看最近一次进程退出时的退出码
来衡量代码跑完对不对的
echo $? 查看退出码
1.代码运行完毕，结果正确 - 0: success
2.代码运行完毕，结果不正确 - !0: failed → 为什么不正确？有多种可能，错误码对应字符串(strerror)
3.代码异常终止 - 程序崩溃 → 退出码没有意义，return都不会跑(可以通过某种方式获得原因，进程等待详谈)
演示 int 到 string 错误码之间的映射
运行结果
大部分情况下通常退出码是父进程关心的，因为父进程费了很大的劲把子进程创建出来干活，活干的怎么样，父进程得知道。野指针、/0、越界等都可能导致进程非正常结束，父进程也要关心这种情况，但此时退出码是无意义的。
🍥2.2 进程常见退出方法
- 正常退出
main 函数 return
可以看到只有 main 函数的 return 才是结束进程，非 main 函数的 return 是结束函数。
exit //终止进程
任何函数 exit，都表示直接终止进程。
- 异常退出
ctrl + c，信号终止
- _exit函数
这是系统提供的接口，它的原型同库里的 exit 函数，那么系统的 _exit 和 库函数的 exit 有什么区别 ?
- exit 在退出时同默认的 return，会进行后续资源处理，包括刷新缓冲区。
- _exit 在退出时，不会进行后续资源处理，直接终止进程。
exit最后也会调用_exit, 但在调用exit之前，还做了其他工作：
- 执行用户通过 atexit或on_exit定义的清理函数。
- 关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入
- 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
🍥3.1 进程等待的必要性
- 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
🍥3.2 进程等待的方法
🍙3.2.1 wait方法
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int* status);
返回值：
成功则返回被等待进程的pid，失败则返回-1。
参数：
输出型参数，获取子进程退出状态，不关心则可以设置为NULL。wait 的参数 int* status 会重点在下面的 waitpid 学习。
- 测试用例一：
父进程等待子进程退出后，wait 取子进程的 pid。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
pid_t id = fork();
if(id < 0)
perror("fork");
return 1;
else if(id == 0)
int count = 5;
while(count)
printf("child is running: %d, ppid: %d, pid: %d\\n", count--, getppid(), getpid());
sleep(1);
printf("child quit...\\n");
exit(0);
else
printf("father is waiting...\\n");
pid_t ret = wait(NULL);
printf("father is wait done, ret: %d\\n", ret);
return 0;
- 测试用例二：
相比测试用例一，更直观的等待，进程从无到有，从有到无。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
pid_t id = fork();
if(id < 0)
perror("fork");
return 1;
else if(id == 0)
int count = 5;
while(count)
printf("child is running: %d, ppid: %d, pid: %d\\n", count--, getppid(), getpid());
sleep(1);
printf("child quit...\\n");
exit(0);
else
printf("father is waiting...\\n");
sleep(10);
pid_t ret = wait(NULL);
printf("father is wait done, ret: %d\\n", ret);
sleep(3);
printf("father quit...\\n");
return 0;
监控脚本
while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep text | grep -v grep; sleep 1; echo "####################"; done
- 测试用例三：
fork 5 个子进程后，父进程依次等待，并回收僵尸进程。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
int i = 0;
while(i < 5)
pid_t id = fork();
if(id < 0)
perror("fork");
return 1;
if(id == 0)
int count = 5;
while(count)
printf("child is running: %d, ppid: %d, pid: %d\\n", count--, getppid(), getpid());
sleep(1);
printf("child quit...\\n");
exit(0);
i++;
for(i = 0; i < 5; i++)
printf("father is waiting...\\n");
sleep(10);
pid_t ret = wait(NULL);
printf("father is wait done, ret: %d\\n", ret);
sleep(3);
printf("father quit...\\n");
return 0;
父进程退出，子进程会被操作系统领养。那么这个僵尸进程是在被操作系统领养后立马回收，还是积累到一定的僵尸进程再回收，这是由操作系统的策略决定的，同时也跟当前操作系统的状态有关系，如果操作系统发现内存资源已经很紧张了，就会提前回收。
🍙3.2.1 waitpid方法
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int* status, int options);
返回值：
当正常返回时，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waitpid时，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，等待任何一个子进程，同wait；
pid>0，等待其进程ID与pid相等的子进程；
因为父进程返回的是子进程的pid，所以父进程就可以等待指定的子进程，等待本质是管理的一种方式；
status，
输出型参数，我们传了一个整数地址进去，最终通过指针解引用把期望的数据拿出来。与之对应的是实参传递给形参是输入型参数；
WIFEXITED(status)，查看进程是否正常退出，是则真，不是则假；
WEXITSTATUS(status)，查看进程退出码，需要WIFEXITED(status)返回true，WIFEXITED(status)正常退出则返回true；
WTERMSIG(status)，返回导致子进程终止的信号的编号，需要WIFSIGNALED(status)返回true，WIFSIGNALED(status)子进程被信号终止返回true；
options，
WNOHANG，若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，本次不予以等待，需要我们再次等待；若非正常结束，则返回该子进程的ID；或者小于0，失败了。
0，阻塞式等待，同wait————子进程没退出、回收，父进程等待；
- 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。
🍥3.3 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）：
阻塞和非阻塞
- 关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.
- 阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。
- 非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。
如果 waitpid 中的 options 传 WNOHANG ，那么等待方式就是非阻塞；如果传 0，那么等待方式就是阻塞。我们的代码都是单执行流，选择阻塞调用更简单。
例子
比如你的学习很差，所以打电话给楼上学习好的同学张三，说：张三，你下来，我请你吃个饭，然后你帮我复习一下。张三说：行，没问题，但是我在写代码，半个小时之后再来。一般一个班，学习好的人总是少数，所以你怕你电话一挂，有人又跟张三打电话求助，导致你不能及时复习，所以你又跟张三说：张三，你电话不要挂，你把电话放你旁边，我喜欢看你写代码的样子。然后你什么事都不做，就在那等待，直到张三下来。当然现实中很少有这种情况，但是这样的场景是存在的，一般是比较紧急的情况，比如你爸打电话让你做件事且告诉你不要挂电话。此时张三不下来，电话就不挂就类似于调用函数，这种等待方式就叫做阻塞等待。我们目前所调用的函数，全部是阻塞函数，不管是你自己写的、库里的、系统的，阻塞函数最典型的特征是调用 ➡ 执行 ➡返回 ➡ 结束，其中调用方始终在等待，什么事情都没做。
- 测试用例一：
父进程 fork 派生一个子进程干活，父进程通过 status 可以知道子进程把活做的怎么样。
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
pid_t id = fork();
if(id == 0)
int count = 5;
while(count)
printf("child is running: %d, ppid: %d, pid: %d\\n", count--, getppid(), getpid());
sleep(1);
printf("child quit...\\n");
exit(123);
//father
int status = 0;
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