进程控制（上）【Linux操作系统】

进程控制

写时拷贝

本质是一种减少深拷贝的方法
Linux中有很多拷贝的场景都用得上写时拷贝，下面以创建子进程时的写时拷贝为例：

子进程被创建的时候：
会继承父进程的mm_struct和页表
所以子进程刚刚继承时，父子进程的代码和数据都是共享的

系统是如何知道子进程/父进程修改数据的时候要发生写时拷贝的呢？
①父进程在使用fork创建子进程之前，就会把页表中的数据区的权限改成r（只读）
这样子进程继承到的页表中的数据区就也是只读的

②当子进程/父进程尝试修改数据区中的数据时，就是修改只读数据项，页表就会报错，就会触发缺页中断

③系统发现缺页中断之后，就会检测
1，如果发现用户要修改的这个区域一定是只读的，就把进程杀掉
2，如果这个区域一定是读写的，只是页表中的权限设置成只读的了，此时系统就会进行写时拷贝

所以：不止创建子进程写时拷贝的时候是这种原理
只要可能发生写时拷贝的数据被页表管理着，就都可以通过这个原理实现写时拷贝

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错误码

用来判断进程任务执行是否成功，如果失败了错误是什么

main函数的返回值其实是错误码，是返回给父进程/操作系统的

进程错误码的的取值范围是[0-255]，即一个字节
因为使用wait/waitpid等待回收错误码的时候，只给它留了8个比特位

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进程中止

进程中止的方法：

①在main函数中return

②在任何地方使用exit函数[exit函数的参数就是错误码，它的头文件是stdio.h]

③_exit使用方法和exit一模一样

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exit与_exit的区别：

①本质区别就是exit是用户层的库函数，_exit是内核层的系统调用
所以exit函数中，调用_exit中止进程之前，可以进行一些用户层的收尾工作
比如：
exit中止进程时，会刷新用户级缓冲区和内核级缓冲区
也就是如果输出缓冲区中有数据，使用exit中止它会帮我们打印出来

_exit中止进程时，不会刷新用户级缓冲区，只会刷新内核级缓冲区

②exit是库里面的函数，是操作系统之外的操作，使用操作系统的资源时，只能对操作系统调用接口进行封装
exit其实就封装了_exit

_exit是系统调用接口，是操作系统内部的操作

所以：
其实我们之前再使用c/c++等高级语言时，所说的缓冲区都是语言级（用户级）的缓冲区

这个缓冲区里面的内容是存储在c/c++的标准库中的，即存储在共享区的

不是存储在操作系统中的内核级缓冲区
不然_exit中止进程时，就也能把缓冲区中信息输出/输入
但是因为语言级缓冲区在操作系统的上层，所以_exit中止进程后，内核缓冲区就关闭了，语言缓冲区中的数据没办法进入操作系统了
操作系统没看见语言缓冲区中传来信息，就以为里面没有

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进程等待

wait（不常用）

头文件：sys/types.h和sys/wait.h
返回值：pid_t[小于0说明回收失败，大于0时回收成功，返回的是回收的子进程的pid]
参数：

作用：等待并回收任意一个子进程

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waitpid[常用]

头文件：sys/types.h和sys/wait.h
返回值：pid_t n
①n小于0，说明回收失败/函数调用失败
②n大于0，回收成功，返回的是成功回收的子进程的pid
③n等于0（只有非阻塞等待才会出现），则表示函数调用成功，但是子进程还没执行完，还没退出

参数1.pid_t pid

如果是子进程的pid，就表示指定等待这个子进程
如果是-1，就表示等待任意一个进程

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参数2，int* status

如果传nullptr则表示不需要获取退出信息==

即：用户自己定义一个int类型的变量
再把它的地址传进waitpid里面，操作系统就会把进程的PCB中存储的退出信息给status

status其实并不是一个整数，而是一个类似位图的东西
因为进程结束，分两种情况：
①正常退出，也就是通过main函数的return或者exit退出，这样就可以返回退出码
所以只有正常退出才能返回退出码（错误码）

②异常退出，也就是进程运行的途中，空指针访问/野指针等直接导致进程崩溃了
这样进程根本就运行不到返回退出码的地方
但是异常退出，也会有自己的退出信号码
[通过kill -l命令，可以看到Linux中所有的退出信号以及其对应的退出信号码]

进程之所以会异常退出，是因为进程运行时出现了较严重的错误（野指针，除0等）
操作系统识别到以后，在代码还没跑完的时候，就直接使用信号中止了进程

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所以
status中不仅仅存储了退出码，还存储了其他的退出信息

具体的：
status的：
①最低的7个比特位存储退出信号值
②第8个比特位存储core dump标志
③第9～16个比特位存储退出码

宏：
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）

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参数3.标识是阻塞等待，还是非阻塞等待

如果该参数是0，表示阻塞式等待
如果为WNOHANG，表示非阻塞式等待

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使用子进程完成任务的好处

①非阻塞等待或者创建多个子进程时，父子进程可以同时运行，父进程不用等子进程，提高并发度

②进程具有独立性，所以如果子进程出了问题，不影响父进程

③数据快照，子进程被fork出来，继承了父进程的PCB，页表等东西之后
就获取到了fork时父进程的数据
也就是对子进程从父进程那里获取到的数据进行了快照
快照之后，其他任何进程对这一块数据进行修改，这个子进程都“看不见”
因为写时拷贝，或者说进程具有独立性。所以数据快照之后，其他进程可以对这个数据任意修改