操作系统：进程控制（上）-编程知识

1.进程创建

1.1.fork()函数

1.2.写时拷贝

2.进程终止

2.1.进程的退出场景

2.1.1.退出码和错误码（正常终止&&任务失败）

2.1.2.异常终止

1.进程创建

1.1.fork()函数

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

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{pid_t id = fork();if(id == 0){// 子进程模块}else if(id > 0){// 父进程模块}else{ // id < 0表示fork调用失败 }
}

当进程在调用fork，并且控制转移到内核中的fork代码后，内核将

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

fork函数为了通过创建子进程来实现不同模块的代码，也就是父子进程同时执行不同的代码段。

1.2.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。（本质上就是操作系统的一种策略）

父子进程在进行创建时，代码区本身就是只读的，我们知道数据段可能需要读写。当父进程形成子进程后，子进程为了写入，发生写时拷贝，重新申请空间，然后修改页表。这时候进程正在写入，那么操作系统如何知道需要写时拷贝呢？

实际上：操作系统在创建子进程时，父进程由原先的读写权限改为只读，同时子进程也是只读（只读时父子进程的数据段共享同一块物理地址）。当我们需要写时拷贝时，OS就对需要修改的数据的权限改为读写即可。发生写入之后，操作系统就会发现权限冲突，于是修改权限，接着写入新的数据并开辟一块新的空间，将对应数据的页表连接新的物理内存。

2.进程终止

进程终止是指一个正在运行的进程结束其执行并释放系统资源的过程。进程可以以多种方式终止，包括正常终止和异常终止。

正常终止：进程完成了它的任务，或者根据某种条件或用户的请求主动结束。在正常终止时，进程会释放它所占用的内存、文件和其他系统资源，并向操作系统发送一个终止信号。
异常终止：进程可能会因为错误、异常或其他不可预测的情况而异常终止。这种情况下，操作系统会接收到一个异常信号，并采取相应的措施来处理异常，例如生成错误报告、重新启动进程或关闭系统。

进程终止后，它的相关信息会从操作系统的进程表中删除，资源会被回收，以便其他进程可以使用，确保系统资源的有效利用和进程间的良好协作。

2.1.进程的退出场景

我们知道进程创建的意义就是父进程希望创建子进程来完成一些任务，生活中我们完成一项任务一般分为3种结果：做完了，并且成功了；做完了，但是失败了；没做完。前两个对应着“正常终止”，最后一个就对应了异常终止

2.1.1.退出码和错误码（正常终止&&任务失败）

退出码（Exit Code）：退出码是一个整数值，用于表示程序的正常或异常退出状态。当一个程序执行完毕后，会返回一个退出码给操作系统，操作系统可以根据这个退出码来判断程序的执行结果。通常情况下，退出码为0表示程序执行成功，非零值表示程序执行失败或出现异常情况。不同的操作系统可能对退出码的取值范围有所不同。

我们知道main函数一般返回0，对于main函数来说，当返回其他值时都表示着失败。main函数只要能返回就表示正常终止。

为了区分不同的原因，main函数通过宏定义，并且return返回值给父进程接收，来告知父进程，这个子进程是否完成了它的任务？

如图我们代码中返回11，外部bash进程接收这个进程的退出码11并返回，同理第二次接收的是echo这个指令，正常并返回0（return 0正常终止，并完成）。

错误码（Error Code）：错误码是用于表示程序或系统发生错误的代码或数字。当程序执行过程中出现错误时，可以通过错误码来指示具体的错误类型或原因。错误码通常是一个整数值，每个错误码都对应着一种特定的错误情况。不同的操作系统或编程语言可能有自己的错误码定义和规范。

因为纯数字能够对应退出原因，但是不便于阅读，所以C语言中就能通过数字转化为退出原因，内置了一批错误信息描述。例如strerror函数能够打印出数字对应的错误，errno这个全局变量记录着错误原因代表的数字。

main在正常终止下，通过 error number（错误码）映射 error string （错误信息）来表示程序调用函数的错误信息和原因。

下面我们在Linux下进行一个示例（正常运行但是失败）

如图恰好对应着No such file or directory这个错误

同时因为某些操作系统是C语言写的，所以某些系统调用发生错误时，也会打印错误信息或者返回错误码。（也会有自定义的错误信息、错误码）

综合退出码与错误码，我们观察这个场景，看到这里大家应该明白了退出码和错误码的使用了吧!

2.1.2.异常终止

异常终止的情况就对应着我们在C/C++学习中的程序崩溃了！数组越界、栈溢出也是异常终止

异常终止本质上就是进程异常了，在操作系统中，会被操作系统杀掉进程，实际上是操作系统通过信号来杀死这些异常终止的进程。

如图我们创建了两个进程异常的场景，bash父进程给我返回 8）SIGFPE 和 11）SIGSEGV

进程出异常本质上是进程收到了信号，退出进程！

我们在信号图上，发现没有0这个信号，也就是：进程正常终止时，进程的信号为0