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【Linux】进程控制

大家好我是沐曦希💕

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一、fork()函数

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。

在这里插入图片描述
返回值：自进程中返回0，父进程返回子进程id，出错返回-1
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  • fork()函数两个返回值问题

fork()函数的实现在操作系统内部，函数准备return的时候核心代码已经执行完，子进程早已经被创建，并且可能在OS的运行队列中，准备被调度。
fork之后，有两个执行流，父子进程代码是共享的，所以return会被调度两次，被父子进程各自执行return的。

  • 如何理解父进程返回子进程pid,子进程返回0

父亲只能有一个，孩子可以有多个，孩子找父亲具有唯一性
因为孩子可以有多个，就需要给父进程返回子进程pid，偏于父进程标识子进程

  • 如何理解一个id值，怎么可能会保存两个不同值，让if,else同时执行

pid_t id = fork();返回本质就是写，所以谁先返回，谁就先写入id，因为进程具有独立性，要进行写时拷贝。
同一个id,地址是一样的，但是内容却不一样。
进行了写时拷贝
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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

在这里插入图片描述
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常规用法

1.一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。
2.一个进程要执行一个不同的程序。

  • fork调用失败原因:

1.系统中有太多的进程
2.实际用户的进程数超过了限制

可以用下面代码进行测试:
在这里插入图片描述

二、退出码

main函数的return 0 在系统上叫做进程退出时对应的退出码，标定进程执行的结果是否正确。

进程退出码，可用echo $?查询：
在这里插入图片描述
记录最近一次进程在命令行中执行完毕后的退出码

需要注意的是：echo $? 也是一个进程

那么如何设定main函数返回值呢？如果不关心进程的退出码，设置为0就行。如果要关心进程退出码的时候，要返回特定的数据表明特定的错误。

退出码的意义：0表示成功，成功只有一个；非零标识失败，不同的的值标识不同的错误。同时，退出码一般都有对应的退出码的文字描述，可以自定义也可以使用系统的映射关系。>比如之前学过的strerror。

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三、进程退出

  • 进程退出情况：

1.代码运行完且结果正确------return 0
2.代码运行完但结果不正确-----return !0（退出码这个时候起效果）
3.代码没有运行完，程序异常了，退出码无意义。

  • 进程退出方法

1.main函数返回
2.任意地方调用exit(code)；
3.调用_exit()

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  • exit()和_exit()区别
#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>    
#include<stdlib.h>    
int main()    
{    
    printf("hello world");
    sleep(1);
    exit(12);
    return 0;
}

#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>    
#include<stdlib.h>    
int main()    
{    
    printf("hello world");
    sleep(1);
    _exit(12);
    return 0;
}

同样的一段代码，exit()和_exit()的结果却是不同。对于exit():结果会打印出来，对于_exit():结果没有显示，这是因为缓冲区的缘故。

所以exit()终止进程，会主动刷新缓冲区，_exit()终止进程，不会刷新缓冲区。用户级的缓冲区（doge）对于缓冲区在哪的问题后面涉及到在细谈
在这里插入图片描述

四、进程等待

进程中有僵尸（Z）状态，造成原因：子进程退出了，父亲没有回收子进程的退出码，进而造成内存泄漏。另外，kill也无能为力，因为谁也没办法杀死不了一个已经死去的进程 ，最后，父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道， 如何去解决？通过进程等待的方式进行解决僵尸进程问题。

  • 进程为什么要等待

1.父进程通过进程等待的方式，回收子进程资源

2.获取子进程退出信息

进程等待方法

1.wait方法

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ps ajx | head -1 && ps axj | grep WProc | grep -v grep

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while :;do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep Wproc | greap -v greap; sleep 1; done

在这里插入图片描述

可以看到父进程在子进程运行完之后，对处于僵尸状态的子进程进行了回收。

waitpid方法

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  • 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。在这里插入图片描述
  • 获取子进程status

wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。
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，具体细节如下图（只研究status低16比特位）：

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次低8位：退出状态（(>>8)&0xFF）。低7位：终止信号(&0x7F)。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

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sig number用法:
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对应的错误：
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僵尸进程退出的时候对应信息放在哪：

子进程和父进程有对应的pcb信息，父进程调用waitpid,子进程退出的时候把对应的代码和信号保存起来，保存到PCB。而waitpid是系统调用，以操作系统身份执行代码，找到子进程，把传入的status传入子进程里面，把代码和退出信号设置进status，设置完毕之后把值输入status。也就是说，等待的本质是检测子进程退出信息，将子进程退出信息通过status拿回来。所以最终看到了status的结果

在这里插入图片描述

对于获得子进程的退出结果，我们可以不采用位操作进行，Linux提供了对应操作的宏

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）

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    assert(id != -1);
    if(id == 0)
    {
        //子进程
        int cnt = 5;
        while(cnt)
        {
            printf("child running,pid:%d,ppid:%d,cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt--);
            sleep(1);
        }
    }
    //parent
    int status = 0;
    int ret = waitpid(id,&status,0);
    (void)ret;
    if(id > 0)    
    {    
        //是否正常退出    
        if(WIFEXITED( status ))    
        { 
            printf("exit code:%d\n",WEXITSTATUS( status )); 
        }
        else
        {
            //异常退出
            printf("child exit not normal!\n"); 
        } 
    } 
    return 0; 
}

在这里插入图片描述

总结来说，子进程退出变成僵尸，会把自己的退出的结果写入自己的task_struct，wait/waitpid是一个系统调用，OS有能力去读取子进程的task_struct:第一步让OS释放子进程的僵尸状态，第二步获取子进程的退出结果。

五、进程阻塞与非阻塞

阻塞等待（0）：父进程调用wait/waitpid等子进程时，等待子进程退出，这是阻塞时等待

非阻塞等待（WNOHANG）：检测状态，如果没有就绪父进程检测之后立即返回。每一次非阻塞等待都是一次，多次非阻塞等待称为轮询的过程。

在这里插入图片描述
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非阻塞不会占用父进程的精力，可以在轮询期间，让父进程干别的事情。
例如:

#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<string.h>#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>#include<assert.h>#include<stdlib.h>#defineNUM10typedefvoid(*func_t)();
func_t handlerTask[NUM];voidtask1(){printf("handler task1\n");}voidtask2(){printf("handler task2\n");}voidtask3(){printf("handler task3\n");}voidloadTask(){memset(handlerTask,0,sizeof(handlerTask));
    handlerTask[0]= task1;
    handlerTask[1]= task2;
    handlerTask[2]= task3;}intmain(){
    pid_t id =fork();assert(id !=-1);if(id ==0){int cnt =10;while(cnt){printf("这是子进程pid:%d,ppid:%d,cnt:%d\n",getpid(),getppid(), cnt--);sleep(3);}exit(10);}loadTask();int status =0;while(1){
        pid_t ret =waitpid(id,&status, WNOHANG);//WNOHANG:非阻塞：子进程没有退出，父进程检测之后立即退出if(ret ==0){//waitpid调用成功&&子进程没退出//子进程没有退出，我的waitpid没有等待失败，仅仅检测到而来子进程没有退出printf("wait done,but child is running...parent running other things\n");for(int i =0; handlerTask[i]!=NULL; i++){
                handlerTask[i]();//回调}}elseif(ret >0){//waitpid调用成功&&子进程退出printf("wait success,exit code:%d,sig:%d\n",(status >>8)&0xFF, status &0x7F);break;}else{//waitpid调用失败printf("waitpid call failed\n");break;}sleep(1);}return0;}

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六、进程替换

创建子进程的目的:

  1. 让子进程执行父进程代码的一部分——执行父进程对应的磁盘代码中的一部分
  2. 让子进程执行一个全新的程序——让子进程想办法加载到磁盘上指定的程序，执行新程序的代码和数据

替换函数:
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#include<unistd.h>`intexecl(constchar*path,constchar*arg,...);//...是可变参数列表intexeclp(constchar*file,constchar*arg,...);intexecle(constchar*path,constchar*arg,...,char*const envp[]);intexecv(constchar*path,char*const argv[]);intexecvp(constchar*file,char*const argv[]);intexecve(constchar*path,char*const argv[],char*const envp[]);

对于替换函数，需要注意:execl系列函数结尾要以NULL结尾

功能大致是将指定的程序加载到内存中，让指定进程进行执行cmd中的选项。

  • execl

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  • 为什么第二个printf和execl没有执行

替换原理

用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支),子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程,所以调用exec前后该进程的id并未改变。

程序替换的本质就是将指定程序的代码和数据加载到指定的位置，覆盖自己的代码和数据。进程替换的时候并没有创建新的进程。

第二个printf和execl也是代码，在第一个execl执行完毕的时候，代码已经全部被覆盖了，开始执行新的程序的代码了，所以第二个printf和execl就无法执行了。

  • 返回值

这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回，和接下去的代码无关了。如果调用出错则返回-1，所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。
在这里插入图片描述
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进程具有独立性，所以这里的替换并不会影响父进程。通过虚拟地址空间以及页表保证进程独立性，一旦执行流想替换代码或者数据就会发生写时拷贝。
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注意：进程执行的时候，execl先执行，main后执行。execl系列函数将程序加载到内存中，所以Linux的execl接口是加载器，所以是先加载后执行，main也是函数也要被调用，通过execl/系统传参给main

同时，对于其他替换函数，如何记住用法：

l(list) : 表示参数采用列表，将参数一个一个的传入exec*
v(vector) : 参数用数组，将所有的执行参数，传入数组中，统一传递不用使用可变参数
p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH，进行可执行程序的查找，不需要传程序的地址
e(env) : 表示自己维护环境变量

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  • execlp

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#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>intmain(){char*const argv[]={"ps","-ef",NULL};char*const envp[]={"PATH=/bin:/usr/bin","TERM=console",NULL};execl("/bin/ps","ps","-ef",NULL);// 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径execlp("ps","ps","-ef",NULL);// 带e的，需要自己组装环境变量execle("ps","ps","-ef",NULL, envp);execv("/bin/ps", argv);// 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径execvp("ps", argv);// 带e的，需要自己组装环境变量execve("/bin/ps", argv, envp);exit(0);}

事实上,只有execve是真正的系统调用,其它五个函数最终都调用 execve,也就是说
程序替换中execve是系统调用，其他都是封装，目的是为了有更多的选择性，所以execve在man手册 第2节,其它函数在man手册第3节,它们之间的关系:
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标签： linux 服务器 网络
本文转载自: https://blog.csdn.net/m0_68931081/article/details/128571317
版权归原作者 沐曦希 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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