进程的控制-编程知识

进程的创建

frok函数添加进程

进程=内核的相关管理数据结构（task_struct +mm_struct+页表）+代码数据

特性：

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可能调用失败

因为一个系统的进程一定有一个上限，及用户线程到达上限
系统资源已满。

fork的返回值

子进程返回0
父进程返回子进程pid。

为了方便父进程对子进程标识，方便管理。

进程的终止

终止是在做什么？

释放曾经的代码和数据结构所占据的空间，释放内核数据结构（僵尸）task_sturct 停滞状态

进程退出码

return返回退出码（可返回自定义退出码）

退出码分为：

自定义退出码
系统默认退出码

都交由bash处理，但只存在最新的一个子进程的退出码。

父进程bash为什么要知道子进程的退出码（让用户知道）？

因为要知道子进程的退出情况，如果用问题就终止。

进程终止的3中情况。

跑完

1.代码正确，结果正确

2.代码跑完，结果不正确

都可以通过进程的退出码决定。

非跑完

3.代码异常终止

vs 编程运行时，操作系统发现你的进程做了不该做的事情，os杀掉进程。

异常本质：因为进程收到了os的信号,同时，一旦出现异常，退出码无意义。

一个进程退出，我们可以通过两个数字知道原因：退出码，退出信号（task_struct结束保留等待父进程），且父进程必须知道。

如何终止

main函数return，表示进程终止（非main，函数结束）

代码调用exit函数，表示进程终止（c语言库函数，刷新缓存区）

_exit(系统调用，也是exit的底层调用)

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

进程等待

结论：任何子进程，在退出情况下，一般必须要被父进程等待，否则僵尸，原因：

父进程通过等待，解决子进程的退出僵尸问题，回收系统资源（必要性）。

获取子进程的退出信息，知道子进程时因什么原因退出（充要性）。

如何等待（释放僵尸）

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

int *status;

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:

不休眠等待

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（永久休眠）。
如果不存在该子进程，则立即出错返回。

等待父进程的一个子进程结束

子进程本身是一个软件，父进程本质实在等待某种条件就绪（阻塞等待）。

其中status变量是一个输出变量，他保存的是32位的退出码与退出信号的二进制合并。

WNOHANG等待方式：

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
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;
}

进程程序替换

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。

替换原理

进程之间的替换是将代码与数据（目标数据代码）与源数据交换（在执行过程中掩盖源数据代码），从而实现进程之间的替换，其中堆栈中的数据会重新刷新。

常用法：

通过子进程执行该进程，其中子进程会执行内存上的一块新空间（写时拷贝），不影响父进程的使用。

ps：exec是程序替换函数，本身并不创建进程

常见函数替换：

#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[]);

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

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

使用：


#include <unistd.h>
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: