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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。
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
**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}
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;}
**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
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**
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
**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**
**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
使用
_exit()
时,并没有任何语句输出
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
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**
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
**
**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
发出终止信号,强行终止进程
**
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**
**当然也可以通过
kill -9 PID
命令使子进程异常终止**
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**
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