【Linux】进程控制

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💖进程的退出场景

进程的退出的三种场景。

• 代码运行完毕，结果正确。
• 代码运行完毕，结果错误。
• 代码异常终止。

想必我们在写C语言的时候，在main函数后面都会写上 return 0 ，那么为什么偏偏是return 0呢？而不是return 其他数字呢？ 因为main函数的return值是进程的退出码！

而退出码分两者情况：

0 ： 正常退出。

!0 ： 结果不正确。

那么为什么 0是正常的，非0是不正确的？ 打个比方，假如你小时候有次考试，考了100分。你回家后，你爸爸会问你为什么考了100分吗？那肯定是因为你认真努力对不对？这是正确的结果，所以你父亲不会问你为什么考100分。但如果此时你考了20分回家，你爸会问你为什么考了20分？这时候就有很多种可能性，可能是昨晚没睡好，也可能是你发烧了… 然后你父亲会根据这些可能性对症下药。所以C进程也有很多的退出码，而strerror函数可以通过退出码来获取对应的字符串。让我们遍历一下这些退出码，来看看这些退出码对应的错误可能。

#include<stdio.h>#include<string.h>intmain(){for(int i =0; i <140; i++)printf("%d:%s\n",i,strerror(i));return0;}

我们可以看到退出码的数量，有135个之多。而每个退出码都对应着一种错误。

exict

而还有一种退出方式，就是exict()强制终止。而这个函数要传的参数也是一个退出码。我们可以用 echo $?查看程序的退出码。我们写一个这样的程序。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
   
void fun()
{
   exit(100);
}
   
int main()
{
    fun();                                                                                     return 0;                                                                             }   

我们执行这个程序，然后查看退出码。

所以，exit是一个强制终止的函数，传进去的参数则是这个进程的退出码

_exit

我们先来看看两段代码：

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>intmain(){printf("hello");return0;}

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>intmain(){printf("hello");exit(0);}

我们会发现这两段代码都会输出hello

当这个进程的时候，hello还在缓冲区当中，为什么可以输出hello？这是因为main函数return和exit都会在进程结束之前刷新缓冲区。所以我们可以看到hello。那么我们换成_exit试试呢？

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>intmain(){printf("hello");_exit(12);}

程序运行后，我们可以发现退出码是12，但程序并没有打印hello，这是因为**_exit终止进程不会刷新缓冲区！！**

exit,return和_exit的区别

return：在main函数中代表程序退出，返回值为退出码，退出前会刷新缓冲区。在非main函数中是一个函数调用。

exit：在任何地方使用都代表进程退出，并会刷新缓冲区，参数就是退出码。

_exit：在任何地方使用都代表进程退出，但不会进行程序后序的收尾工作，比如刷新缓冲区… 参数也是退出码。

进程的退出

进程退出的时候，操作系统做了什么？在操作系统层面，就是少了一个进程：free PCB ， free mm_struct 地址空间,free 页表和各种映射关系以及代码和数据。

💖进程wait

我们从三个问题来剖析进程wait，进程wait是什么？为什么要有进程wait？怎么解决僵尸问题？

进程wait是什么？

我们都知道fork()可以创建一个子进程。那么创建这个子进程是为了什么？当然是为了帮助父进程完成某种任务。但有没有这样一种情况，那就是父进程比子进程先挂掉？所以为了避免这个问题，我们就需要进程wait，也就父进程等待子进程。

我们先来看下面一段代码：

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>intmain(){int sum =0;int pid =fork();if(pid ==0){//childfor(int i =1; i <5;i++){
            sum += i;sleep(1);}exit(0);//子进程结束退出。}printf("i am father\n");return0;}

如上这个代码，父进程比子进出先挂掉了，那么为了不让父进程挂掉，我们需要用wait来等待子进程。而wait函数在一个 sys/wait.h的头文件中。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/wait.h>intmain(){int sum =0;int pid =fork();if(pid ==0){//childfor(int i =1; i <5;i++){
            sum += i;printf("i am child，sum is %d\n",sum);sleep(1);}exit(0);//子进程结束退出。}wait(NULL);//等待子进程printf("i am father\n");return0;}

现在，父进程就会等子进程结束，才会继续执行。

wait() 的返回值

wait()也有返回值，如果wait等待失败，那么wait会返回-1。

为什么要让父进程等待？

1.通过获取子进程退出的信息，能够得知子进程执行结果。
2.可以保证：时序问题，子进程先退出，父进程后退出。
3.进程退出的时候会进入僵尸状态，会造成内存泄漏的问题，需要通过父进程wait，释放子进程占用的资源。

另外，进程一旦变成僵尸状态，那么它将刀枪不入，即使是"杀人不眨眼的" kill -9命令，也无法奈何它，因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程。

如何让父进程进行等待？

我们先来看下面这一段代码。

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/wait.h>intmain(){int pid =fork();if(pid ==0){int cmt =5;while(cmt--){printf("i am child\n");sleep(1);}exit(0);//子进程结束}sleep(10);printf("father wait begin\n");//父亲开始等待wait(NULL);sleep(10);return0;}

然后我们来测试一下。

刚开始的时候，我们的子进程处于S状态，也就是休眠状态。

当子进程结束，但父进程还在休眠时，子进程变成了僵尸状态

当父进程结束休眠，开始wait时。我们会发现子进程消失了。

所以我们可以发现：父进程等待，是可以回收掉僵尸进程的。

waitpid

waitpid介绍

• 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。
• 如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退 出信息。
• 如果在任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞。
• 如果不存在该子进程，则立即出错返回。

waitpid(pid_t pid, int status, int options) 的第一个参数，可以是进程的Pid，这样是指定等待某个进程。也可以是-1，*-1是等待任意控制的一个进程**。而第二个参数 *status 是一个整形的指针，我们需要传一个整形的地址给它，它代表着子进程的退出情况。所以最终一定要通过status来获取子进程的退出结果。

获取子进程的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）：

status是一个整形，可以用来反馈程序退出的三种状，程序退出结果正确，程序退出结果不正确，程序异常崩溃。 而它的三种状态都在它的低16位上进行表示。而高16位我们暂且无视。0 - 7 位用来表示终止信号，8-15位用来表示退出码。当程序正常退出时，我们只看8-15位。当程序异常退出时，我们只看0-8位。

异常信号

那代码异常终止的本质是什么呢？是因为进程收到了某种信号。如果进程没有收到信号，那么进程是正常的跑完的，此时再回有退出码。如果进程收到信号，那么此时就不关心退出码。

如何获取子进程的退出码和信号呢？

还是这张图，它的前8位是退出码，后七位是收到信号。当然，如果正常退出，则收到的信号为0。如果收到信号，那么前8位就无法使用。

所以我们要求出退出码很简单，直接

(status>>8)& 1111 1111

。也就获取前8位，获取退出信号就是后七位，我们直接

status& 0111 1111

即可。那么我们写一段代码来测试一下。

子进程正常退出的情况

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
{
  int pid = fork();
  if(pid == 0)
  {
    sleep(1);
    exit(100);//退出码
  }
  
  int status = 0;
  waitpid(pid,&status,0);
  printf("child pid : %d, status code : %d, status signal:%d\n",pid,status>>8&0xFF,status&0x7F); //打印退出码及信号

  return 0;
}

进程正常结束的话，不会收到信号，所以信号值为0。

子进程异常终止的情况

那么我们试试异常退出的情况呢？我们在子进程退出前加上一句代码

int a = 5 /0;

，除于0，这个异常够大吧！

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/wait.h>intmain(){int pid =fork();if(pid ==0){sleep(1);int a =5/0;//故意制造异常exit(100);//退出码}int status =0;waitpid(pid,&status,0);printf("child pid : %d, status code : %d, status signal:%d\n",pid,status>>8&0xFF,status&0x7F);//打印退出码及信号return0;}

我们执行后发现退出码变成0了，可是我们的退出码之前设置的是100。这就意味着这个程序根本就没有退出码！因为退出码是程序正常结束的时候才有。而异常终止则不会有退出码，而我们可以看到，我们的进程收到了一个为8的信号。

然后我们用 kill -l 来查看信号。

当然，这样子位运算计算退出码或者状态码是不是太麻烦了呢？我们可以直接用对应的宏即可。

• 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）

代码：

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/wait.h>intmain(){int pid =fork();if(pid ==0){sleep(1);exit(100);}int status =0;waitpid(pid,&status,0);// printf("child pid : %d, status code : %d, status signal:%d\n",pid,status>>8&0xFF,status&0x7F);if(WIFEXITED(status)){//如果进来说明正常退出printf("exit code:%d\n",WEXITSTATUS(status));}else{printf("get a signal!");}return0;}

阻塞等待与非阻塞等待

我们的waitpid 还有第三个参数，而这第三个参数如果为0则是阻塞等待，如果为 WNOHANG(宏) ，那么则是非阻塞等待。

什么是阻塞等待和非阻塞等待?

举个例子，假如你有事情要请张三帮忙，你呢给他打电话。这时候张三说:我现在有事，你等我一下啊。然后就让你等他，那么你怎么等呢？如果是阻塞等待，那么就是你让他电话别挂电话，要观测他的一举一动。如果是非阻塞等待，那么就是挂掉电话，过一会再来问。还没好就再挂掉电话，过一会再过来问…

简单来说，阻塞等待就是父进程一直在那干等着，什么也不做。而非阻塞等待就是父进程隔一段时间来监测一下子进程的状态，子进程还没结束就再隔一段时间来看一下子进程。直到子进程结束。

阻塞等待的代码演示：

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/wait.h>intmain(){int pid =fork();if(pid ==0){int cmt =5;while(cmt--){printf("i am child,time  = %d\n",cmt);sleep(1);}exit(0);}//parentint status =0;waitpid(pid,&status,0);//阻塞等待printf("father wait end\n");return0;}

非阻塞等待的代码演示：

#include<stdio.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#include<unistd.h>#include<sys/wait.h>intmain(){int pid =fork();if(pid ==0){int cmt =5;while(cmt--){printf("i am child,time  = %d\n",cmt);sleep(1);}exit(0);}//parentint status =0;int ret =0;while(ret==0){
  ret =waitpid(pid,&status,WNOHANG);//返回值为0则正常退出printf("i am father\n");sleep(1);//每1秒监测一下子进程}return0;}

阻塞的本质，起始就是进程的PCB被放入了等待队列，并讲进程设置为S状态。返回的本质就是把进程的PCB从等待队列拿到运行队列。从而被CPU调度。