一、进程创建 —— fork

1.fork

fork：在调用时，创建子进程，父进程返回子进程pid，子进程返回0，出错返回-1

头文件：#include<unistd.h>

2.fork函数被调用时，CPU做了什么？

a.分配新的内存块和内核数据结构给子进程

b.将父进程的部分数据和内容拷贝给子进程

c.添加子进程到系统进程列表中

d.fork返回，开始调度器调度

3.写时拷贝

父进程和子进程在不需要对数据进行操作时，它们的页表指向同一块区域，共享同一份代码和数据信息，只有当某一个进程中需要对这些信息进行修改操作时，系统才会去对这部分进行拷贝，额外分配空间去给该进程进行管理和操作，这就是写时拷贝

4.fork的常规用法

（1）希望子进程执行父进程的部分代码

（2）执行不同的程序

5.调用失败的原因

（1）系统中进程过多

（2）实际用户的进程次数超过了限制

二、进程终止

1.情况分类

（1）代码运行完毕，结果正确

（2）代码运行完毕，结果不正确

（3）代码异常终止（崩溃了）

崩溃本质：进程因为某些原因，导致进程收到了来着操作系统的终止信号

2.退出方式

（1）main函数的返回return

（2）调用c库函数exit

（3）调用系统接口_exit

区别：exit在终止进程前，会干一系列的善后工作，例如刷新缓存区等等，最后再调用接口_exit，而_exit则是直接终止进程，因此通常推荐使用exit

3.退出码

退出码反映的是进程执行结束的一个结果，例如return 0中的0表示的就是程序正常执行结束的意思

exit函数中传的参数也是程序终止返回的退出码，退出码有相对应的一张表格，0表示程序正常退出，结果正确，其他数字则表示进程有问题，不同数字代表的内容不同

4.如何理解进程终止？

OS内少了一个进程，OS就要释放进程内对应的数据结构 + 代码和数据（如果有独立的）

三、进程等待

1.为什么要进程等待

（1）因为存在僵尸进程，所以为了避免内存泄露

（2）获取子进程执行结果

2.什么是？

等待就是通过系统调用，获取子进程的退出码或者退出信号的方式，顺便释放内存

3.如何做到？—— waitpid

pid_t waitpid(pid_t pid,int* status,int options);

作用

这个函数的作用就是等待子进程死亡，然后回收子进程，返回大于0的值表示成功，返回-1则表示失败

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。

参数说明

第一个参数，pid：可以指定子进程的pid，当参数给-1时，则认为等待任一个子进程

第二个参数int* status：输出型参数，会返回子进程的状态值，该状态值包含着子进程结束后的退出码和信号，采用位图的方式返回，有效位置是后面16位

当进程正常终止时，8到15位表示的是退出状态（退出码），当进程被信号干掉（异常终止），则在0到7位记录着终止信号的信息

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）

第三个参数options：在子进程执行时，父进程使用waitpid等待子进程结束，有两种等待方式，一种是阻塞等待，即父进程的内容停在waitpid那一行不再继续执行，直到回收子进程后，再继续执行，此时父进程被放到阻塞队列中，当子进程结束时，再找到父进程改变其状态，让其继续运行，而默认情况下，就是这种方式等待，还有一种等待方式是非阻塞轮询，即一边执行父进程的内容，一边对子进程进行时不时的状态检测，当子进程结束后进行回收，此时我们给第三个参数传参WNOHANG，就是非阻塞轮询等待

4.代码测试

阻塞等待

非阻塞轮询

四、进程替换

1.替换原理

前面说到，创建子进程的其中一个作用就是让子进程去执行其他的程序，而子进程和父进程共享同一份代码，如何能够做到让子进程单独的去执行其他的程序呢？

这里的进程替换就是，利用系统接口，让子进程去调用其他程序，此时会发生写时拷贝去确保进程之间的独立性，代码区会被替换，因此从这里可以看出来，写时拷贝替换的不只有数据，还有代码也可能被替换

在进程的角度，是子进程发生写时拷贝，并且替换了一部分代码，而在程序的角度看，就是程序被加载到了这个子进程里，因此这个过程也就是程序加载

当子进程使用进程替换后，会写时拷贝出独立的空间，此时，以接口为开始的后续所有代码都会被替换成被加载的程序，而不会继续执行，除非替换失败，因此在对程序替换函数的返回值是只有失败才返回，一旦检测到有返回值，则必定失败

2.加载器exec...

#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* file,char* const argv[ ],char* const envp[ ]);

int execve(const char* filename,char* const argv[ ],char* const envp[ ]);

以上的接口都是用来实现程序替换的函数，最后一个标红的是真正的系统接口，其余六个都是根据不同情况对该接口的封装，实际的功能都是一样的，并且通过函数名的不同，使用的方式略微有些差异：

前缀都是exec，一般最多有三个参数

第一个参数位置一般是填写程序或者指令的名称或路径

第二个参数一般就是表示在使用这个程序或者指令时，要怎么使用，例如命令行参数等等

例：ls -a -l  ，需要将如何使用这个信息通过字符串数组或者列表的方式传参,注意要以NULL结尾

第三个参数就是指定传环境配置，若是不传参则会使用系统默认的环境配置

按照命名顺序来解释：

l和v ：表示第二个参数传参的方式

l 可以看作为 list 列表，以列表的方式，直接在传参时，将一个个使用方式传过去

例如：想调用“ls -a -l”时，execl("/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);

v 可以认为是vector 数组，以数组的方式传参，在c语言中，可以定义一个字符串数组（字符指针数组）去传参

例：char* arr[ ] = { "ls" , "-a" , "-l" , NULL};        execv("/bin/ls",arr);

p : 表示path，表示函数会自动搜索环境变量中配置好的路径

此时，传参的第一个参数中可以不带路径而是直接带指令名称即可，当然自己写的程序默认路径下找不到，也无法执行

因此有没有带p在使用者的角度区分，就是传路径还是传名称

例如：想调用“ls -a -l”时

execl("/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);     

execlp("ls" , "ls","-a" ,"-l" , NULL);//注意前后两个"ls"的意义不同，尽可能不要省略

（前者表示第一个参数中的指令名称，后面一串中，表示的是该指令的使用方法）

e ：表示允许自己传入自己配置的环境变量，不传则给一个NULL，系统会使用从父进程那继承的默认环境变量

因此，我们可以从这里理解，子进程是如何继承到父进程的环境变量，在系统可以用这个接口去调用子进程，将环境变量继承下去

从命名上去记忆这些函数以及使用方法，在了解上面的命名规则后，可以采用一些技巧去记忆

首先exec是同用的前缀，exe表示可执行程序的后缀，c表示该函数用c语言实现的

然后就是考虑在调用一个指令时的方法，采用列表传参还是数组传参，这个决定了下一个字母带l还是v

然后就是要如何找到这个指令（程序），希望是默认路径去找就带p，指定路径则不需要带

最后是环境变量，需要自己传环境配置则最后加e，若是不需要则不加e

总结

综上，我们整理了关于一个进程的创建，核心要掌握fork的理解和使用

还有进程的终止，终止的情况有正常和非正常，以及正常终止后的退出码信息如何获取等等

然后就是关于进程等待的理解，当子进程结束后，需要被父进程回收，父进程等待子进程结束的过程就是进程等待，分为阻塞等待和非阻塞轮询，以及相关的接口waitpid的理解和使用

最后讲到进程替换，也叫程序加载，理解程序是如何被加载到进程中的，以及对应的接口exec...的使用

根据对进程和这些接口的理解，我们可以尝试去写一个简易版的命令行解释器，下一篇将整理如何自己实现一个简易版的Linux命令行解释器