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【云原生】Linux进程控制(创建、终止、等待)

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  • Good judgment comes from experience, and a lot of that comes from bad judgment.- 好的判断力来自经验，其中很多来自糟糕的判断力。

上帝的指纹

文章目录

🌇前言

**

进程

创建后，需要对其进行合理管理，光靠 

OS

是无法满足我们的需求的，此时可以运用 

进程

控制相关知识，对 

进程

进行手动管理，如创建 

进程

、终止 

进制

、等待 

进程

等，其中等待 

进程

可以有效解决僵尸 

进程

问题**

汽车中控台

汽车的中控台，可以对汽车进行各种操作

🏙️正文

本文涉及的代码都是以 C语言 实现的

1、进程创建

**在学习 

进程控制

相关知识前，先要对回顾如何创建 

进程

，涉及一个重要的函数 

fork

**

1.1、fork函数

#include<unistd.h>//所需头文件pid_tfork(void);//fork 函数

**

fork

函数的作用是在当前 

进程

下，创建一个 

子进程

，

子进程

创建后，会为其分配新的内存块和内核数据结构(

PCB

)，将 

父进程

中的数据结构内容拷贝给 

子进程

，同时还会继承 

父进程

中的环境变量表**

  • 进程具有独立性，即使是父子进程，也是两个完全不同的进程，拥有各自的 PCB
  • 假设 子进程 发生改写行为，会触发写时拷贝机制

**

fork

函数返回类型为 

pid_t

，相当于 

typedef int

，不过是专门用于进程的，同时它拥有两个返回值：**

  • 如果进程创建失败，返回 -1
  • 进程创建成功后- 给子进程返回 0- 给父进程返回子进程的 PID 值

进程创建图解
**通过代码理解 

进程

创建**

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>//进程等待相关函数头文件intmain(){//创建两个子进程pid_t id1 =fork();if(id1 ==0){//子进程创建成功，创建孙子进程pid_t id2 =fork();if(id2 ==0){printf("我是孙子进程，PID:%d   PPID:%d\n",getpid(),getppid());exit(1);//孙子进程运行结束后，退出}wait(0);//等待孙子进程运行结束printf("我是子进程，PID:%d   PPID:%d\n",getpid(),getppid());exit(1);//子进程运行结束后，退出}wait(0);//等待子进程运行结束printf("我是父进程，PID:%d   PPID:%d\n",getpid(),getppid());return0;//父进程运行结束后，退出}

运行结果
观察结果不难发现，两个子进程已经成功创建，但最晚创建的进程，总是最先运行，这是因为 

fork

创建进程后，先执行哪个进程取决于调度器

得到子进程后，此时可以在一个程序中同时执行两个进程！(父进程非阻塞的情况下)

注意：fork 可能创建进程失败

  • 系统中的进程过多时
  • 实际用户的进程数超过了限制

1.2、写时拷贝

**在【进程地址空间】一文中，谈到了写时拷贝机制，实现原理就是通过 

页表+MMU

机制，对不同的进程进行空间寻址，达到出现改写行为时，父子进程使用不同真实空间的效果**

验证写时拷贝现象很简单，创建子进程后，使其对生命周期长的变量作出修改，再观察父子进程的结果即可

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>//进程等待相关函数头文件constchar* ps ="This is an Apple";//全局属性intmain(){pid_t id =fork();if(id ==0){
    ps ="This is a Banana";//改写printf("我是子进程，我认为：%s\n", ps);exit(0);//子进程退出}wait(0);//等待子进程退出printf("我是父进程，我认为：%s\n", ps);return0;}

结果
**不难发现，子进程对指针 

ps

指向内容做出改变时，父进程并不受影响，这就是写时拷贝机制**

  • 通过地址打印，发现父子进程中的 ps 地址一致，因为此时是虚拟地址
  • 在虚拟地址相同的情况下，真实地址是不同的，得益于 页表+MMU 机制寻址不同的空间

写时拷贝机制本质上是一种按需申请资源的策略

图解
注意：

  • 写时拷贝不止可以发生在常规栈区、堆区，还能发生在只读的数据段和数据段
  • 写时拷贝后，生成的是副本，不会对原数据造成影响

2、进程终止

**假设某个进程陷入了死循环状态，可以通过特定方法终止此程序，如在命令行中莫名其妙输入了一个指令，导致出现非正常情况，可以通过 

ctrl + c

终止当前进程；对于自己写的程序，有多种终止方法，程序退出时，还会有一个退出码，供 

父进程

接收**

进程终止

2.1、退出码

echo$?

**

main

函数中的最后一条语句 

return 0

表示当前程序的退出码，

0

表示程序正常退出**，可以通过指令 

echo $?

查看最近一次子进程运行的 退出码

退出码是给父进程看的，可以判断子进程是否成功运行

子进程运行情况：

  • 运行失败或异常终止，此时出现终止信号，无退出码
  • 运行成功，返回退出码，可能出现结果错误的情况

退出码
**进程退出后，

OS

会释放对应的 内核数据结构+代码和数据**

main

函数退出，表示整个程序退出，而程序中的函数退出，仅表示该函数运行结束

2.2、退出方式

**对一个正在运行中的进程，存在两种终止方式：外部终止和内部终止，外部终止时，通过 

kill -9 PID

指令，强行终止正在运行中的程序，或者通过 

ctrl + c

终止前台运行中的程序**

外部终止
**内部终止是通过函数 

exit()

或 

_exit()

实现的**
之前在程序编写时，发生错误行为时，可以通过 

exit(-1)

的方式结束程序运行，代码中任意地方调用此函数，都可以提前终止程序

voidexit(int status);void_exit(int status);

这两个退出函数，**从本质上来说，没有区别，都是退出进程，但在实际使用时，还是存在一些区别，推荐使用 

exit()

**

比如在下面这段程序中，分别使用 

exit()

和 

_exit()

观察运行结果

intmain(){printf("You can see me");//exit(-1); //退出程序//_exit(-1);  //第二个函数return0;}

使用 

exit()

时，输出语句

结果1
使用 

_exit()

时，并没有任何语句输出
结果2
原因：

  • exit() 是对 _exit() 做的封装实现
  • _exit() 就只是单纯的退出程序
  • 而 exit() 在退出之前还会做一些事，比如冲刷缓冲区，再调用 _exit()
  • 程序中输出语句位于输出缓冲区，不冲刷的话，是不会输出内容的

输出

3、进程等待

**

僵尸进程

是一个比较麻烦的问题，如果不对其做出处理，

僵尸进程

就会越来越多，导致 

内存泄漏

和 

标识符

占用问题**

僵尸进程

3.1、等待原因

**子进程运行结束后，父进程没有等待并接收其退出码和退出状态，

OS

无法释放对应的 内核数据结构+代码和数据，出现 

僵尸进程

**

为了避免这种情况的出现，父进程可以通过函数等待子进程运行结束，此时父进程属于阻塞状态

注意：

  • 进程的退出状态是必要的
  • 进程的执行结果是非必要的

也就是说，**父进程必须对子进程负责，确保子进程不会连累 

OS

**，而子进程执行的结果是否正确，需要我们自行判断

3.2、等待函数

**系统提供的父进程等待函数有两个 

wait()

和 

waitpid()

，后者比较常用**

#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>pid_twait(int* status);pid_twaitpid(pid_t pid,int* status,int options);

**

wait()

函数前面已经演示过了，这里着重介绍 

waitpid()

返回值及其参数**

wait()

中的返回值和参数，包含在 

waitpid()

中

返回值：

  • 等待成功时，返回 >0 的值
  • 等待失败时，返回 -1
  • 等待中，返回 0

参数列表：

  • pid 表示所等子进程的 PID
  • status 表示状态，为整型，其中高 16 位不管，低 16 位中，次低 8 位表示退出码，第 7 位表示 code dump，低 7 位表示终止信号
  • options 为选项，比如可以选择父进程是否需要阻塞等待子进程退出

**需要特别注意 

status

**
status
**通过代码演示 

waitpid()

的使用**

intmain(){//演示 waitpid()pid_t id =fork();//创建子进程if(id ==0){int time =5;int n =0;while(n < time){printf("我是子进程，我已经运行了:%d秒 PID:%d   PPID:%d\n", n +1,getpid(),getppid());sleep(1);
      n++;}exit(244);//子进程退出}int status =0;//状态pid_t ret =waitpid(id,&status,0);//参数3 为0，为默认选项if(ret ==-1){printf("进程等待失败！进程不存在！\n");}elseif(ret ==0){printf("子进程还在运行中！\n");}else{printf("进程等待成功，子进程已被回收\n");}printf("我是父进程, PID:%d   PPID:%d\n",getpid(),getppid());//通过 status 判断子进程运行情况if((status &0x7F)){printf("子进程异常退出，code dump：%d   退出信号：%d\n",(status >>7)&1,(status &0x7F));}else{printf("子进程正常退出，退出码：%d\n",(status >>8)&0xFF);}return0;}

不发出终止信号，让程序自然跑完

结果
发出终止信号，强行终止进程

结果2
**

waitpid()

的返回值可以帮助我们判断此时进程属于什么状态(在下一份测试代码中表现更明显)，而 

status

的不同部分，可以帮助我们判断子进程因何而终止，并获取 退出码(终止信号)**

**在进程的 

PCB

中，包含了 

int _exit_code

和 

int _exit_signal

这两个信息，可以通过对 

status

的位操作间接获取其中的值**

注意：

  • status 的位操作需要多画图理解
  • 正常退出时，终止信号为0；异常终止时，退出码没有，两者是互斥的
  • code dump 现阶段用不到，但它是伴随着终止信号出现的

如果觉得 

(status >> 8) & 0xFF

和 

(status & 0x7F)

这两个位运算难记，系统还提供了两个宏来简化代码

  • WIFEXITED(status) 判断进程退出情况，当宏为真时，表示进程正常退出
  • WEXITSTATUS(status) 相当于 (status >> 8) & 0xFF，直接获取退出码

3.3、等待时执行

//options 参数
WNOHANG

//比如waitpid(id,&status, WNOHANG);

**父进程并非需要一直等待子进程运行结束(阻塞等待)，可以通过设置 

options

参数，进程解除 

夯

状态，父进程变成 

等待轮询

状态，不断获取子进程状态(是否退出)，如果没退出，就可以干点其他事**

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>//进程等待相关函数头文件intmain(){//演示 waitpid()pid_t id =fork();//创建子进程if(id ==0){int time =9;int n =0;while(n < time){printf("我是子进程，我已经运行了:%d秒 PID:%d   PPID:%d\n", n +1,getpid(),getppid());sleep(1);
      n++;}exit(244);//子进程退出}int status =0;//状态pid_t ret =0;while(1){

    ret =waitpid(id,&status, WNOHANG);//参数3 设置为非阻塞状态if(ret ==-1){printf("进程等待失败！进程不存在！\n");break;}elseif(ret ==0){printf("子进程还在运行中！\n");printf("我可以干一些其他任务\n");sleep(3);}else{printf("进程等待成功，子进程已被回收\n");//通过 status 判断子进程运行情况if(WIFEXITED(status)){printf("子进程正常退出，退出码：%d\n",WEXITSTATUS(status));break;}else{printf("子进程异常退出，code dump：%d   退出信号：%d\n",(status >>7)&1,(status &0x7F));break;}}}return0;}

**程序正常运行，父进程通过 

等待轮询

的方式，在子进程执行的同时，执行其他任务**

正常运行
**当然也可以通过 

kill -9 PID

命令使子进程异常终止**

异常终止
可以看到程序能分别捕捉到正常和异常的情况

注意：如果不写进程等待函数，会引发僵尸进程问题

🌆总结

**以上就是关于 Linux进程控制(创建、终止、等待) 的相关知识了，我们学习了 

子进程

是如何被创建的，创建后又是如何终止的，以及 

子进程

终止 

父进程

需要做些什么，有了这些知识后，在对 

进程

进行操作时能更加灵活和全面**

如果你觉得本文写的还不错的话，期待留下一个小小的赞👍，你的支持是我分享的最大动力！

如果本文有不足或错误的地方，随时欢迎指出，我会在第一时间改正

星辰大海

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标签： linux 运维 服务器
本文转载自: https://blog.csdn.net/weixin_61437787/article/details/129396689
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