【Linux】进程控制

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前言

💬 hello! 各位铁子们大家好哇。

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fork函数初识

在linux中fork函数时非常重要的函数，它从已存在进程中创建一个新进程。新进程为子进程，而原进程为父进程。

#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

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
添加子进程到系统进程列表当中 fork返回，开始调度器调度

当一个进程调用fork之后，就有两个二进制代码相同的进程。而且它们都运行到相同的地方。但每个进程都将可以开始它们自己的旅程。

fork 函数返回值

子进程返回0，
父进程返回的是子进程的pid。

为什么父进程返回的是子进程的pid？

为了让父进程方便对子进程进行标识，进而进行管理。

写时拷贝

通常，父子代码共享，父子不写入时，数据也是共享的，当任意一方试图写入，便以写时拷贝的方式各自一份副本。（进程的独立性）

fork调用失败的原因

系统中有太多的进程
实际用户的进程数超过了限制

进程终止

进程终止做的事：

释放曾经的代码和数据所占据的空间
释放内核数据结构

内核数据结构中，PCB会被延期处理，因为有一种状态是僵尸状态。

 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 
  4 int main()
  5 {
  6   printf("I am process, pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());
  7   sleep(2);
  8   return 100;                                                                                                                                            
  9 }

任何命令行启动的进程，它的父进程都是bash，所以ppid都一样。

echo是内建命令，打印的都是bash内部的变量数据。？是一个变量名。

**echo $?**表示的是父进程获取到的，最近一个子进程退出的退出码。

main函数的返回值叫做进程的退出码。

退出码：

为0，标识成功

不为0，表示失败

第一个echo $？返回./myprocess 的退出码，第二个echo $？返回上一个echo $？的退出码

虽然echo $？没有创建子进程，但它是由父进程执行的，所以他也会影响？的值。

 #include<stdio.h>  
  2 #include<unistd.h>  
  3 #include<string.h>  
  4   
  5 int main()  
  6 {  
  7   for(int errcode=0;errcode<=255;errcode++)  
  8   {  
  9     printf("%d:%s\n",errcode,strerror(errcode));                                                                                                         
 10   }                                                                                                                       
 11   printf("I am process, pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());                                                           
 12   sleep(2);                                                                                                               
 13   return 0;                                                                                                               
 14 }

退出码不为0表示失败。不同的非0值，一方面表示失败，另一方面表示失败的原因。

strerror函数会将错误码转成对应的错误描述，如下图;

父进程为什么要得到子进程的退出码呢？

因为要知道子进程的退出情况。(成功还是失败，失败的原因是什么)，然后展现给用户看。

退出码可以使用系统默认的，也可以自定义。

进程退出场景

进程终止的3中情况：

代码跑完，结果正确
代码跑完，结果不正确
代码异常终止

代码跑完，结果不正确的原因可以通过退出码确定。

一旦出现异常，退出码就没有意义了。

进程出异常，本质是因为进程收到了OS发给进程的信号。

 int main()  
  6 {  
  7   int *p=NULL;  
  8   while(1)
  9   {
 10     printf("I am a process,pid:%d\n",getpid());
 11     sleep(1);
 12     *p=100;//野指针                                                                                                                                      
 13   }                                                                                      
 19   sleep(2);                                                                                                                    
 20   return 0;                                                                                                      
 21 }

当外面运行上面代码后，会报段错误。 OS就会提前终止进程。

我们把代码里的野指针注释掉，此时代码正常运行，一直循环。此时我们给该进程发11号信号，该进程即使没有错误，收到信号后，也会进行对应的报错。所以说进程出异常，本质是因为进程收到了OS发给进程的信号。

所以如果进程异常了，我们可以通过退出信号，就可以判断进程为什么异常了，此时的退出码是无意义的。

在用户层面上，要确定进程是什么情况：

先确认是否异常

如果不是异常，就一定是代码跑完了，看退出码即可。

衡量一个进程退出，只需要两个数字：退出码和退出信号。

进程的PCB里面有退出信号和退出码，当进程退出时，会释放代码和数据，但是PCB会保存一段时间，该进程变成Z(僵尸)状态。父进程就可以从子进程的PCB中拿到退出信息。

进程常见退出方法

正常终止：

main函数return，表示进程终止(非main函数的return，都只是表示函数结束)
调用exit函数注意：在代码的任意位置调用exit，都表示进程退出
_exit （系统调用）

下面是exit的使用举例：

_exit和exit在使用上没什么区别，只有一个细微的差别，如下例子：

上图是带\n的。结果打印并且换行了。

上面是不带\n的。结果打印了但没换行。

上面是不带\n的_exit的使用。结果什么也没打印。

** 结论：exit会在进程退出的时候，冲刷缓冲区，_exit不会。**

exit在底层是调用_exit的。由上面的结论可得，缓冲区在_exit之上，不然_exit也会冲刷缓冲区。

进程等待

进程等待必要性

子进程退出，父进程如果不管不顾，就可能造成‘僵尸进程’的问题，进而造成内存泄漏。
进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，“杀人不眨眼”的kill -9 也无能为力，因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程。
父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道。如，子进程运行完成，结果对还是不对，或者是否正常退出。
父进程通过进程等待的方式，回收子进程资源，获取子进程退出信息

进程等待的方法

wait方法

  1 #include <stdio.h>                                                             
  2 #include <unistd.h>
  3 #include <string.h>
  4 #include <stdlib.h>
  5 #include <sys/types.h>
  6 #include <sys/wait.h>
  7 
  8 void ChildRun()
  9 {
 10     int cnt = 5;
 11     while(cnt)
 12     {
 13         printf("I am child process, pid: %d, ppid:%d, cnt: %d\n", getpid(), get    ppid(), cnt);
 14         sleep(1);
 15         cnt--;
 16     }
 17 }
 18 
 19 int main()
 20 {
 21     printf("I am father, pid: %d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
 22 
 23     pid_t id = fork();
 24     if(id == 0)
 25     {
 26         // child
 27         ChildRun();
 28         printf("child quit ...\n");
 29         exit(0);
 30     }
 31     // fahter
 32     pid_t rid = wait(NULL);
 33     if(rid > 0)
 34     {
 35         printf("wait success, rid: %d\n", rid);
 36     }
 37 }

作用：等待任何一个子进程退出

返回值：等待成功时，返回子进程的pid。失败返回-1。

参数：输出型参数，获取子进程退出状态,不关心则可以设置成为NULL

运行上面的代码，结果如下图：

上面代码if后面不需要else就表示是父进程的代码了。因为if里面即子进程里面用exit退出了，所以后面的都是父进程的。

下面做出修改：

运行结果：

修改后的代码先让父进程休眠十秒。子进程运行五秒后退出，此时由于父进程还在休眠无法回收，所以子进程就变成Z状态，再过五秒后，子进程就被父进程回收了。

如果我们把sleep(10)注释掉，此时父进程开始就马上进入等待，等待期间父进程不会被调度。如果子进程没有退出，父进程其实一直在阻塞等待。

waitpid方法

pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

返回值：

当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的进程ID；

如果设置了选项WNOHANG,而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集,则返回0；

如果调用中出错,则返回-1,这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在；

参数：

pid： - Pid=-1,等待任一个子进程。与wait等效。- Pid>0.等待其进程ID与pid相等的子进程。

status: - 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）

options: - WNOHANG: 若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回该子进程的ID。

waitpid有三个参数，当pid，即第一个参数为-1时，等待任意一个子进程，与wait等效。

当第一个参数pid>0时，就会等待其进程ID与pid相等的子进程。

如下图，此时等待上方父进程的子进程。

等待失败例子：

当我们把pid给一个错误的，此时进程就是等待失败。

获取子进程status

第二个参数status代表的是子进程的退出信息。

退出信息=退出码+退出信号

wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数。

如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。

否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程。

status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待（只研究status低16比特位）：

最低7位表示终止信号，9到16位表示退出码。所以退出码的范围是0~~255。退出信号的范围是0~~125。这两个范围足以表示退出码的退出信号的情况了。

 19 int main()                  
 20 {                           
 21     printf("I am father, pid: %d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
 22                             
 23     pid_t id = fork();      
 24     if(id == 0)             
 25     {                       
 26         // child            
 27         ChildRun();         
 28         printf("child quit ...\n");
 29         exit(1);            
 30     }                       
 31     sleep(7);               
 32     // fahter               
 33     // pid_t rid = wait(NULL);
 34     int status=0;           
 35     pid_t rid=waitpid(id,&status,0);
 36     if(rid > 0)             
 37     {                       
 38         printf("wait success, rid: %d\n", rid);
 39     }                       
 40     else                    
 41     {                       
 42       printf("wait failed !\n");
 43     }                       
 44     sleep(3);               
 45     printf("father quit, status:%d, child quit code : %d,child quit signal: %    d\n",status,(status>>8)&0xFF,status&0x7F);                                   
 46 }

上面是通过status退出信息来获取退出码和退出信号的代码。

status右移8位，然后与0xFF即二进制的8个1进行按位与，获取退出码。

status按位与0x7F即二进制的7个1来获取退出信号。

结果表明，前面所说都是正确的。

实际上我们不使用位操作符处理status，而是使用两个宏，WIFEXITED和WEXITSTATUS。

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）

非阻塞等待

我们用的大部分接口都是阻塞等待接口，在阻塞等待时，父进程干不了别的事，一直在等待子进程退出。下面介绍非阻塞等待。

这里也需要用到一个宏：WNOHANG

1 #include <stdio.h>
  2 #include <unistd.h>
  3 #include <string.h>
  4 #include <stdlib.h>
  5 #include <sys/types.h>
  6 #include <sys/wait.h>
  7 
  8 void ChildRun()
  9 {
 10     int cnt = 5;
 11     while(cnt)
 12     {
 13         printf("I am child process, pid: %d, ppid:%d, cnt: %d\n", getpid(), getppid    (), cnt);
 14         sleep(1);
 15         cnt--;
 16     }
 17 }
 18 
 19 int main()
 20 {
 21     printf("I am father, pid: %d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
 22 
 23     pid_t id = fork();
 24     if(id == 0)
 25     {
 26         // child
 27         ChildRun();
 28         printf("child quit ...\n");
 29         exit(123);
 30     }
 31   
 32     //father
 33     while(1)
 34     {                                                                              
 35         int status=0;
 36         pid_t rid=waitpid(id,&status,WNOHANG); //非阻塞等待
 37         if(rid==0)
 38         {
 39           sleep(1);
 40           printf("child is running, father check next time!\n");
 41           //DoOtherThing();
 42         }                                                                          
 43         else if(rid>0)
 44         {
 45           if(WIFEXITED(status))
 46           {     
 47             printf("child quit success, child exit code:%d\n",WEXITSTATUS(status));
 48           }
 49           else
 50           {
 51             printf("child quit unnormal!\n");
 52           }
 53           break;
 54         } 
 55         else
 56         {
 57           printf("waitpid failed!\n");
 58           break;
 59         } 
 60     }

使用WNOHANG的时候，需要使用循环结构。因为WNOHANG只会查看一次子进程是否结束，使用循环结构就可以到最后判断子进程是什么情况了。即非阻塞等待的时候+循环=非阻塞轮询。

在非阻塞等待时，父进程可以在每次查看子进程的间隙做其他事情。

pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

pid_t >0 ：等待成功，子进程退出了，并且父进程回收成功

pid_t <0 ：等待失败了

pid_t =0 ：检测是成功的，只不过子进程还没退出，需要下一次进行重复等待。

标签： linux 运维服务器

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