Linux学习记录——십사 进程控制（1）

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1、进程创建

1、fork函数

fork函数从已存在进程中创建一个新进程，新进程为子进程，原进程为父进程。

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

返回值：子进程中返回0，父进程返回子进程id，出错返回-1。fork会有两个返回值，这个上一篇已经写了原因。

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（不会完全一样）
添加子进程到系统进程列表当中
fork返回，开始调度器调度

两个进程都没有修改数据的时候，都指向同一块物理内存空间，只有一方尝试修改数据的时候，才会再开一个空间。

写时拷贝

通常，父子代码共享，父子在不写入时，数据也是共享的，父进程按照自己的模板给子进程创建了虚拟内存，创建了页表，然后指向物理内存中同样的数据，当子进程修改数据时，系统就会拷贝一下子进程的数据，进行修改，并改变页表的映射关系，最后就指向了一个新的物理内存空间。

存在写时拷贝的意义在于，系统不允许不高效的程序出现，父进程中子进程不需要的数据子进程也不会去读取，当子进程要用到另外的空间时，写时拷贝才会出现，本质上这是一种资源筛选。

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

fork调用失败的原因：

系统中有太多进程
实际用户的进程数超过了限制

2、进程终止

1、情况分类

程序正常退出，可以有结果正确或者不正确地退出。
程序崩溃，本质是进程因为某些原因，收到了操作系统给的信号，比如之前的kill -9。

对于结果是否正确，可以看程序退出码。之前我们会习惯地写，int main() return 0;如果结果正确就返回0，如果不正确，就会返回非0，这个不正确的信息会展现给用户，来判断程序的错误。

  1 mytest:mytest.c2     gcc -o $@ $^                                                               3 .PHONY:clean4 clean:5     rm -f mytest

$@表示目标文件mytest， $^表示依赖文件mytest.c

  1 #include <stdio.h>2 3 int add_to_top(int top)4 {5     int sum = 0;6     for(int i = 0; i < top; ++i)7     {8       sum += i;9     }10     return sum;11 }12 13 int main()14 {15     int result = add_to_top(100);16     if(result == 5050) return 0;17     else return 1;                                                             18 }

一段简短的代码。然后变成可执行程序。因为没写输出，所以我们看不到结果，但是可以通过echo $?命令来查看程序退出码

但是多次使用后就没有用了，因为这个命令只保留最近一次的退出码。因为上一个echo $?执行成功，所以返回0。

操作系统对于不同的错误都有对应的退出码，但给到用户的不能是一个数字，而是给错误信息。看一下具体的退出码。

  1 #include <stdio.h>2 #include <string.h>                                                                                                                                                                                                            3 4 int add_to_top(int top)5 {6     int sum = 0;7     for(int i = 0; i < top; i++)8     {9         sum += i;10     }11     return sum;12 }13 14 int main()15 {16     for(int i = 0; i <= 200; i++)17     {18         printf("%d: %s\n", i, strerror(i));19     }20    //int result = add_to_top(100);21    // if(result == 5050) return 0;22    //else return 1;23 }

总共提供了133个错误代码。

但并不是退出码和错误信息一定会对应。

2、如何理解进程终止

进程退出时，系统就需要释放对应的内核数据结构 + 代码和数据

3、进程终止的方式

除了main函数return结束，我们也可以用exit函数结束。

可以直接退出，exit里面的数字就是退出码。并且即使exit在调用的函数里面，也会直接退出，不再执行下面的代码。所以exit在代码的任何地方都可以退出进程。需要加上头文件stdlib.h。

另外一个

貌似和exit一样。但从内部来讲，exit是进行完缓冲区的数据，进行完操作后才退出，而_exit是不管不顾，直接找系统干掉这个进程，不等缓冲区刷新。库函数实现的代码里，exit是封装了_exit。

3、进程等待

子进程退出时，如果父进程不去回收，就会变成僵尸进程，会造成内存泄漏。僵尸状态的进程是无法被杀死的。

一个进程的执行是要结果的，子进程结束后用户得需要知道它的状态，代码正常跑完可以通过退出码来知道，运行异常可以通过抛出的信号来知道，所以要想知道子进程执行的结果，就要知道退出码和是否抛出异常。

所以进程等待就是通过系统调用，获取子进程退出码或者退出信号的方式，顺百年释放内存问题。

进程等待有两种方式。wait和waitpid。wait会等待所有父进程创建的子进程，如果不传参，传NULL，那么就不管结果，只回收。可以写这样一段代码来展现等待过程。

 30     pid_t id = fork();31     if(id == 0)32     {33         //子进程34         int cnt = 0;35         while(cnt)36         {37             printf("我是子进程, 我还活着, 我还有%dS, pid: %d, ppid%d\n", cnt--, getpid(), getppid());38             sleep(1);39         }40         exit(0);41     }42     sleep(10);43     //父进程44     pid_t ret_id = wait(NULL);45     printf("我是父进程, 我等待子进程成功, pid: %d, ppid: %d, ret_id: %d\n", getpid(), getppid(), ret_id);46     sleep(5);47     return 0; 

子进程退出时，父进程在等待，所以就可以回收子进程。

如果要获取退出结果，就要用到waitpid。

参数里，pid > 0，表示等待指定的进程；pid = -1，等待任一个子进程，与wait等效。如果等待成功，就会把等待的这个进程的pid返回，失败就返回-1.

第二个参数status是输出型参数，用来获取子进程的退出状态，它的退出状态就是上面3个结果，代码正常结束和抛出异常，所以这个参数就是来接收这些的。关于退出时返回的信号，可以用kill -l查看，总共64个信号，前面一半是常用的，不过没有0号信号，所以信号也是数字。乍一看status是要接收2个整数，但实际上不应以整数角度看待它，要以位图结构来看待。位图结构简而言之就是看二进制位，status是4个字节，32个比特位。
改一下之前的代码

上面cnt是5。exit括号里是10，但是status的结果并不是10.这时候出现数字的把它写成二进制数，左面16不看，后面16个，左面的8个是退出状态，也就是高地址的8位，这里的就是return的或者exit括号里的数字，最低的7个位如果是0，就是正常退出，然后再看退出码来判断结果是否正确。最后还剩一位是core dump标志。那我们获取这两个数。

这样code就是结果是否正确，signal就是正常退出。如果在子进程那里有一些异常，程序打印一次就退出了，父进程就回收它了，比如野指针等问题。把while条件改成while(1)，也可以用kill -9杀死程序，父进程就回收它了。

父进程是如何获取子进程信息的？一个进程有自己的pcb，地址空间等等，进程的pcb，也就是task_struct结构体，在结构体里有两个变量，对应的就是返回值和退出信号。当进程结束时，系统会把pcb维护起来。waitpid是系统调用接口，能够访问到这个进程的pcb，然后把数据拿到，再返回给用户即可。

子进程在没有退出前，父进程会一直等待子进程死亡，这也就是一种阻塞等待。此时父进程不在运行状态，所以父进程没有运行，它在阻塞队列中待着。等到子进程结束后，pcb中某一个指向父进程的指针会去找父进程，父进程因此用阻塞状态变成运行状态，来到运行队列中，然后调用waitpid回收子进程。

用wait的时候默认是阻塞式调用，而waitpid则是在等待过程中让父进程去做其他事，保持运行状态，这是非阻塞轮询。非阻塞时调用时有三个状态，一个正常结束，一个出错，一个正在运行。如果成功，就返回子进程pid；如果第三个参数被设置，那就是非阻塞式调用，那么进程存在且正在运行，就返回0，出错返回-1.

改一下代码，变成非阻塞

为了让父进程做其他事情，还可以有其他办法，先放下现在的代码：

  1 #include <stdio.h>2 #include <string.h>3 #include <stdlib.h>4 #include <unistd.h>5 #include <sys/types.h>6 #include <sys/wait.h>

 19 int main()20 {21     /*for(int i = 0; i <= 200; i++)22     {23         printf("%d: %s\n", i, strettot(i));24         exit(123);25     }*/26     //int result = add_to_top(100);27     //if(result == 5050) return 0;28     //else return 1;29     pid_t id = fork();30     if(id == 0)31     {32         //子进程33         int cnt = 5;34         while(cnt)35         {36             printf("我是子进程, 我还活着, 我还有%dS, pid: %d, ppid%d\n", cnt--, getpid(), getppid());37             sleep(1);38         }39         if(1 == 1) exit(0);40         exit(10);41     }42     //父进程43     while(1)44     {45         int status = 0;46         pid_t ret_id = waitpid(id, &status, WNOHANG);47         if(ret_id < 0)48         {49             printf("waitpid error!\n");                                                                                                                                                                                        50             exit(1);51         }52         else if(ret_id == 0)53         {54             printf("子进程还没有退出，我在做做其他事情\n");55             sleep(1);56             continue;57         }58         else59         {60             printf("我是父进程, 我等待子进程成功, pid: %d, ppid: %d, ret_id: %d， child exit code: %d, child exit signal: %d\n", getpid(), getppid(), ret_id, (status>>8)&0xFF, status & 0x7F);61             break;62         }63 64     }65 }

人为放一些任务函数让父进程去调用， 并且写一些别的可调用的函数让父进程去做点事

   19 #define TASK_NUM 1020 //预设一些任务21 void sync_disk()22 {23     printf("这是一个刷新数据的任务\n");24 }25 26 void sync_log()27 {28     printf("这是一个同步日志的任务\n");29 }30 31 void net_send()32 {33     printf("这是一个网络发送的任务\n");34 }35 36 //要保存的任务相关的37 typedef void(*func_t)();38 func_t other_task[TASK_NUM] = {NULL};39 40 41 int LoadTask(func_t func)42 {43     int i = 0;44     for(; i < TASK_NUM; i++)45     {46         if(other_task[i] == NULL) break;47     }48     if(i == TASK_NUM) return -1;49     else other_task[i] = func;50     return 0;51 }52                                                                                                                                                                                                                              53 void InitTask()54 {55     for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++)56     {57         other_task[i] = NULL;58     }59     LoadTask(sync_disk);60     LoadTask(sync_log);61     LoadTask(net_send);62 }63 64 void RunTask()65 {66     for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++)67     {
W> 68         if(other_task[i] == NULL) continue;69         other_task[i]();70     }71 }

在//父进程之后我们这样写

   96     InitTask();97     //父进程98     while(1)99     {100         int status = 0;101         pid_t ret_id = waitpid(id, &status, WNOHANG);102         if(ret_id < 0)103         {104             printf("waitpid error!\n");105             exit(1);106         }107         else if(ret_id == 0)108         {109             printf("子进程还没有退出，我在做做其他事情\n");110             RunTask();111             sleep(1);112             continue;113         }114         else115         {116             printf("我是父进程, 我等待子进程成功, pid: %d, ppid: %d, ret_id: %d， child exit code: %d, child exit signal: %d\n", getpid(), getppid(), ret_id, (status>>8)&0xFF, status & 0x7F);117             break;118         }119     }

之前获取信号和返回码的时候，我们是自己的写的代码，也可以用给的宏来获取。

下一篇继续写进程相关的知识。

结束。