linux之进程控制-编程知识

一、fork函数

1.进程：

2.fork函数：

3.写时拷贝

4.fork常规用法

5.fork调用失败的原因

二、进程终止

1.终止是在做这么？

2.进程终止的3种情况

3.如何终止

三、进程等待

四、进程程序替换

1.替换原理

2.原理

3.将代码改成多线程

4.认识这些函数

1.execl

2.execv

3.execlp/execvp

4.execle/execvpe

一、fork函数

1.进程：

内核的相关管理数据结构(task_struct + mm_struct + 页表) + 代码和数据

2.fork函数：

在linux中fork函数是非常重要的函数，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。

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

fork函数返回值：子进程返回0，父进程返回的是子进程的pid。

为什么fork返回值是这样？为了让父进程对子进程进行标识，知道子进程的pid，可以管理子进程。

3.写时拷贝

1.概念：

通常，父子代码共享，父子不再写入时，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。

虚拟地址一样，物理地址却不一样。

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

5.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

二、进程终止

1.终止是在做这么？

释放曾经的代码和数据所占据的空间

释放内核数据结构

2.进程终止的3种情况

#include <stdio.h>    
#include <unistd.h>    int main()    
{    printf("i am a process! pid:%d, ppid:%d\n",getpid(), getppid());    sleep(3);    return 100;    
}    
~

echo：内建命令，打印的都是bash内部的变量数据

？：父进程bash获取到的，最近一个子进程退出的退出码

退出码：告诉关心方(父进程)，我把任务完成的怎么样了

0：成功 !0 : 失败

1，2，3，4，5....不同的非0值，一方面表示失败，一方面表示失败的原因

for(int errnum = 0; errnum < 240; ++errnum)printf("%d -> %s\n",errnum, strerror(errnum));  //可以打印出每个数字代表的信息

为用户负责，可以了解错误信息

#include <stdio.h>                                                                                                                                   
#include <unistd.h>
#include <string.h>enum
{success=0,Div_zero,Mod_zero,
};    const char* codeToerrstring(int code)    
{    switch(code)       {    case success:     return "success";    break;        case Div_zero:          return "Div_zero";    break;        case Mod_zero:     return "Mod_zero";    break;    default:    return "unknow error";    break;    }    
}    int exit_code = 0;int Div(int x, int y)
{if(x == 0){exit_code = Div_zero;return -1;}else{exit_code = success;return x / y;}
}int main()
{int result = Div(0,2);printf("result = %d , %s\n",result, codeToerrstring(exit_code));return exit_code;    
}

代码跑完结果正不正确，可以通过进程的退出码来决定！

出错原因：系统或者自定义退出码。

代码执行时，出现异常，提前退出。

进程出异常，本质是进程收到OS发给进程的信号，提前终止

一旦出现异常，退出码便没有意义。

1.先确定是否异常

2.不是异常，就一定是代码跑完了，看退出码就行

衡量一个进程退出，我们只需两个数字：退出码，退出信号！

退出码	退出信号	释义
0	0	运行成功
!0	0	运行结果不对
!0	!0	进程异常
0	!0	进程异常

3.如何终止

1> main函数return，表示进程终止(非main函数 - return，函数结束)。

2> exit() -- C库函数。代码调用exit函数。注：我们代码的任意位置调用exit，都表示进程终止。

3> _exit() -- system call(系统调用) ， exit会在进程退出时，冲刷缓冲区，而_exit不会。其它不变

注：exit底层调用_exit，目前我们所说的缓冲区，不是内核缓冲区。

三、进程等待

结论：任何子进程，在退出的时候，一般必须要被父进程进行等待。进程在退出的时候，如果父进程不管不顾，退出进程，子进程就会进行状态Z(僵尸进程)，导致内存泄漏

why？

1.父进程通过等待，解决子进程退出的僵尸问题，回收系统资源(一定要考虑的)

2.获取子进程的退出信息，知道子进程是什么原因退出的。(可选的功能)

怎么办？

wait/waitpid

pid_t wait(int *status),等待父进程时，任意一个子进程退出，即等待成功。等待成功时，返回子进程的pid。

如果子进程没有退出，父进程其实一直在进行阻塞等待！

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

返回值：当正常返回的时候waitpid返回手机的子进程的进程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，等待人一个子进程。与wait等效

Pid = 0，等待其进程ID与pid相等的子进程。

int status （32位）

退出信息：1.输出型参数

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>                                                                                                                                
#include <stdlib.h>void ChildRun()    
{    int cnt = 5;    while(cnt--)    {    printf("i am child, cnt:%d pid:%d, ppid:%d\n", cnt, getpid(), getppid());    sleep(1);    }    
}    int main()    
{    printf("i am father, pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());    pid_t id = fork();    if(id == -1) return 1;    if(id == 0)    {    //child    ChildRun();    printf("child quit...\n");    exit(1);    //异常退出}    sleep(7);    //parent    //pid_t rid = wait(NULL);    int status = 0;    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);    if(rid > 0)    {    printf("wait successful, rid:%d\n", rid);    }    else    {    printf("wait file!\n");    }    sleep(3);    printf("father quit,status:%d, child quit code:%d, child quit signal:%d\n",status, (status >> 8) & 0xFF, status & 0x7F);                           return 0;    
}

如果子进程是一个死循环，这时我们通过kill -9 3925发出一个信号终止子进程的话，就会得到

如果我们在子进程中加入一个野指针异常，比如：

void ChildRun()      
{      int cnt = 5;      int* p =NULL;      while(1)      {      printf("i am child, cnt:%d pid:%d, ppid:%d\n", cnt, getpid(), getppid());            sleep(1);      *p =100;   //野指针                                                           }      
}

上述status使用了为运算的方式，对于运用不是很友好

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）

include <stdio.h>                                                                                                                                       
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>void ChildRun()
{int cnt = 5;//int* p =NULL;while(cnt--){printf("i am child, cnt:%d pid:%d, ppid:%d\n", cnt, getpid(), getppid());sleep(1);//*p =100;}
}int main()
{printf("i am father, pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());pid_t id = fork();if(id == -1) return 1;if(id == 0) {//childChildRun();printf("child quit...\n");exit(123);}//fatherwhile(1){int status = 0;pid_t rid = waitpid(id, &status, WNOHANG);//non blockif(rid == 0){printf("child is running, father check next time!\n");usleep(1000);//DoOtherThing();}else if(rid > 0){if(WIFEXITED(status)){printf("child quit success! child quit code:%d\n",WEXITSTATUS(status));} else{printf("child quit unsuccess! child quit code:%d\n",WEXITSTATUS(status));}break;}else{printf("wait filed!\n");}}return 0;
}

WNOHANG:非阻塞式等待

四、进程程序替换

1.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。

#include <unistd.h>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 execvpe(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

1.execl

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main()
{printf("begin execl...\n");execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);printf("end execl...\n");return 0;
}

2.原理

进程的程序替换

没有创建新的进程

站在被替换进程的角度，本质上就是这个程序被加载的内存中了

exec*系列的函数，执行完毕后，后续代码不见了，因为被替换了

execl函数的返回值不关心，因为替换成功，将不会向后继续运行，只要继续向后运行，则一定是运行失败了

类似“夺舍”。

3.将代码改成多线程

fork创建子进程，让子进程自己去替换，父进程wait

既可以让子进程完成了任务，父进程还不受影响。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>int main()
{printf("begin execl...\n");pid_t id = fork();if(id == 0){//childsleep(2);execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);exit(1);}int status = 0;pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); //blockif(rid > 0){printf("father wait success! child exit code:%d\n", WEXITSTATUS(status));}printf("end execl...\n");return 0;
}

父子进程具有独立性，当代码数据改变时，则子进程会发生写时拷贝。

4.认识这些函数

1.execl

l:list 列表。 path：我们要执行的程序，需要带路径。

例：ls -a -l execl(“/usr/bin/ls”，“ls”，“-a”，“-l”，NULL) ，结尾以NULL结束

2.execv

v：vector

int main()
{printf("begin execl...\n");pid_t id = fork();if(id == 0){//childsleep(2);char *const argv[] = {"ls","-a","-l","--color",NULL,};execv("usr/bin/ls", argv);exit(1);}int status = 0;pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); //blockif(rid > 0){printf("father wait success! child exit code:%d\n", WEXITSTATUS(status));}printf("end execl...\n");return 0;
}