Linux中进程的控制

一、进程的创建

1、知识储备

进程的创建要调用系统接口，头文件 #include<unistd.h> 函数fork()

由于之前的铺垫我们现在可以更新一个概念

进程 = 内核数据结构（task_struct, mm_struct, 页表....）+ 代码 + 数据

所以如何理解进程的独立性呢？

就是上述组成进程的结构都是独立的，互不影响的。

那为什么 fork() 返回的是子进程的pid呢？

是为了让父进程对子进程进行表示和管理。

2、理解fork()

（1）fork() 常见用法

a、在一个代码中通过 fork() 不同的返回值用 if else分流，以达到不同进程执行不同代码的目的。

b、可以让父子进程独立进行完全不同的代码。

（2）fork() 失败的原因

a、操作系统中进程太多。

b、实际用户创建的进程太多，超出规定个数。

二、进程的终止

首先我们要知道进程是先创建内核数据结构，再加载代码和数据。

1、终止的表现

会释放代码和数据所占据的空间，释放内核数据结构（task_struct 会延期释放）

2、终止的三种情况

（1）观察现象

首先我们先观察一个现象

当我们以前在写c语言代码时，我们都是 return 0; 结尾，当我们今天 return 100; 时，用 echo $? 命令获取进程的退出码时，就会发现退出码和 return 后面的数字是一样的。

（2）解释 echo $?

echo：内建命令，打印bash内部变量数据。

$：访问变量内容。

？：父进程bash获取最近一个子进程的退出码。

（3）退出码

退出码0是成功，非0是失败。

每一个非0数都有不同的失败原因。

头文件 #include<string.h>    函数 char* strerror(int num) 可以查看退出码。

上图只截了一部分退出码。

退出码的作用就是告诉父进程，子进程把任务完成的怎么样。

结论：当代码跑完时，结果的正确与否是由退出码反馈给用户的。

（4）退出信号

与退出码不同，退出信号是代码还没跑完，系统就崩溃了（操作系统发现进程做了不该做的事，比如访问野指针等等），操作系统就会杀死进程。

所以一旦出现异常，退出码也就没有意义了，但是返回的退出信号是有意义的。

例如：Segmentation fault 就是段错误，代码段是有错误的。

退出信号的本质：操作系统给进程发信号并终止进程。

之前我们说kill -9 可以直接杀死进程也就是这个原因，而我们上面提到的段错误 Segmentation fault 就是操作系统发送了 kill -11 信号。

（5）总结

衡量一个进程的退出，只要看退出码和退出信号。

先确认是否异常，若不是才看退出码。

所以在子进程的 task_struct 中就会有 exit_code(退出码)  exit_signal(退出信号)，在执行完代码后写入退出码和退出信号供父进程读取。

3、如何终止

（1）main()函数中的 return 代表进程终止（普通函数 return 表示函数结束）

（2）调用头文件#include<stdlib.h> 函数 void exit(int status) status相当于退出码，exit等价于return

（3）调用头文件#include<unistd.h> 函数 void _exit(int status)，基本与exit函数相同，一个是c库函数，一个是系统调用。

区别

exit 执行时会冲刷缓冲区，但是 _exit不会，所以其实这里所说的缓冲区只是c库层面的，不是系统调用层面的缓冲区。

exit本质就是底层调用 _exit

三、进程等待

任何子进程在退出的情况下必须要被父进程等待。如果父进程不管，子进程就会处于僵尸状态，导致内存泄漏。

三、进程的等待

1、为什么父进程要等待子进程

（1）解决僵尸问题，回收系统资源。（必须）

（2）获取子进程退出信息，知道子进程为什么退出。（可选）

2、怎么等待

（1）wait 函数

头文件 #include<sys/types.h> #include<sys/wait.h>

函数 pid_t wait(int* status)

等待成功返回子进程的pid，wait(NULL)表示父进程等待任意一个子进程退出。

若子进程一直不退出，父进程就进入阻塞等待。

阻塞等待的本质：把父进程设为非运行状态（S），链入到子进程队列中，子进程退出，父进程唤醒。

（2）waitpid 函数

头文件 #include<sys/types.h> #include<sys/wait.h>

函数 pid_t waitpid(pid_t id, int* status, int options)

waitpid(-1, NULL, 0)等价于wait(NULL)

a、理解参数 id

id 表示要等待哪个子进程

所以理解代码：

pid_t id = fork();

waitpid(id, NULL, 0);

在父进程中fork()返回子进程pid，所以就指定了要返回哪个子进程了。

b、理解参数 status

status是输出型参数（例如 scanf()，就是把数值写入到一个变量中），输出的是退出信息（包括退出码和退出信号）

理解额代码：

我们知道int有32位bit位，status只考虑低16位

获取退出码：(status>>8) & 0xFF

获取退出信息：status & 0x7F

c、获取退出码的宏

WIFEXITED(status)     代码正常走完就返回真

WEXITSTATUS(status)    若WIFEXITED为真就提取退出码

（3）非阻塞等待

上述父进程都是等子进程跑完之后才工作的，这种都是阻塞等待，调用waitpid默认也是阻塞等待，但是我们想让父进程在等待时做其他事情，就要让 waitpid 中 option 设成 WNOHANG

此时返回值 < 0：等待失败。

返回值 = 0：检测成功，但是子进程未退出，等待下一次检测。

返回值 > 0：等待成功，并且父进程回收成功。

非阻塞等待 + 循环 = 非阻塞轮询

达到父进程能做其他事情。