【Linux】进程控制(创建、终止、等待)

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前言

在前文中我们了解了fork函数的使用，以及写时拷贝机制的原理等，并且也学习了什么是僵尸进程，但是并没有具体讲到应如何处理僵尸进程，本次章节将对fork函数以及如何终止进程，还有僵尸进程的处理做更为详细的探讨。

进程创建

• 再谈fork函数

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值：创建子进程成功后，给子进程返回0，父进程返回子进程的pid，出错返回-1
pid_t 实际上就是int 的typedef

在调用fork函数的时候，会分配新的内存块和内核数据结构给子进程，并将父进程的部分数据结构内容拷贝给子进程（包括环境变量表）。

​

当调用fork函数之前，父进程独立运行，调用fork之后，会执行两个执行流，即父子进程共享fork函数之后的代码。

• 写时拷贝

写时拷贝可以说是一种“赌博式”的机制，在前文【进程地址空间】一文中已经具体的进行讲解。所谓写时拷贝实际上就是当一方进程想要对数据进行修改时，OS会在物理内存中重新开辟一块空间，并将原有物理空间的内容进行拷贝，最后将新空间的物理地址通过页表+MMU与原有虚拟地址重新建立映射关系。（给用户呈现的就是同一个地址却有两个不同的值）

​

进程终止

• 退出码

每一个进程在退出时都会有一个退出码，就好像我们写main函数时最后加上return 0，这就表示退出码为0。我们在Linux下可以通过echo $?指令查看最近的进程的退出码。

​

而对于各个退出码表示的含义，我们可以利用函数strerror，通过以下代码打印出来：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
 
//退出码
int main()
{
  int n=255;
  for(int i=0; i<n; ++i)
  {
    //strerror:将数字退出码转化为对应的字符串类型
    printf("%d:%s\n",i,strerror(i));                                                                                                         
  }
  return 0;                
}     

​

部分退出码含义（C语言标准）

还有一点需要注意的是，进程的退出码的数值范围一般都在0~255之内，假如超出了这个范围，则会返回退出码255。

• 退出方式

对于一个进程，我们除了可以通过外部指令（比如kill -9 pid或者ctrl c等）来终止进程，还可以通过内部实现的函数，来终止一个进程。常见的三个函数如下：

1、main函数中的return语句

该方法是最为常见的一种方法，当在main函数中执行return指令，则表示该进程终止，并返回return后面的退出码。不过这里需要注意的是，只有main函数中的return才表示进程终止。

​

** 2、exit函数**

除了main函数中的return语句可以用来终止进程，实际上还可以通过函数exit用来终止该进程。exit与return的不同之处就在于，调用了exit之后，不管在哪个函数体（无论是普通函数，还是main函数）都会终止进程。

​

3、 _exit函数

_exit与exit看起来长得好像，那么它的作用是什么呢？与exit有什么区别吗？

实际上两者的共同点就是，两者都是当执行到该语句时，就会终止进程，唯一的区别就在于exit在终止进程之前会刷新缓冲区，而_exit则是直接结束进程。如下：

​

实际上，**_exit是一个系统调用函数，需要 包含头文件<unistd.h>**。而exit可以说是_exit的封装，如下：​

• 退出结果

对于一个进程的退出结果，无非就以下三种情况：

• 程序正常退出，且执行结果正确
• 程序正常退出，且执行结果错误
• 程序异常

进程退出的进一步理解：OS在进程退出时，会释放该进程对应的内核数据结构+代码和数据（因此，僵尸进程问题的解决是必要的，否责会一直存在，占用系统空间资源，造成内存泄露）

进程等待

• 进程等待的原因

在前文进程状态中讲到了，子进程是要让父进程拿到自己的退出码以及退出状态，否则就算自己被kill掉了，也是处于一种僵尸状态（Z状态）存在着，直到父进程拿到自己的退出码以及退出状态，子进程才结束僵尸状态（bash的子进程由于bash有回收机制，所以不会出现僵尸进程）。

​

僵尸进程(Z)

对于父进程来说，子进程的执行结果是否正确并不重要，重要的是子进程的退出状态，即子进程是否是正常退出。而子进程的执行结果是否正确则是由程序员根据退出码自行判断。（注意：判断退出码是否正确的前提是进程是否正常退出）

对于僵尸进程问题的解决，父进程是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，从而解决僵尸进程问题。

总而言之，进程等待的目的只有两个，如下：

1. 解决僵尸进程问题，避免内存泄漏（必须要做的）
2. 获取子进程的退出结果（如果需要的话）

• 进程等待的方法

那么父进程应如何等待呢？实际上系统提供了函数，wait与waitpid函数。

wait函数

//头文件
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int*status);
返回值：
 等待成功->返回被等待进程pid，失败返回-1。
参数：
 输出型参数，获取子进程退出状态,不关心结果则可以设置成为NULL

​

wait函数的使用很简单，接下来着重介绍waitpid函数的使用，该函数是我们比较常用的一个函数，用法相较于wait也稍微复杂了一些。

**waitpid函数 **

为了更好更直观的认识该函数，我画了如下图解：

​

当然，仅仅只有图是不够的，接下来通过如下代码来演示进程等待的阻塞与非阻塞等待。

阻塞式等待

将waitpid的第三个参数设置为0，就表示阻塞式等待。所谓阻塞式等待，就是父进程运行到waitpid该处的指令时，不会再往后继续执行指令，而是处于阻塞状态，等到子进程退出时，才会继续执行后面的指令。

 #include<stdio.h>
 #include<unistd.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<sys/wait.h>
 #include<stdlib.h>

 int main()
{
   pid_t id=fork();
   if(id == 0)
   {
     //child
     int cnt=5;
     //子进程五秒后会退出
     while(cnt)
     {
       printf("我是子进程，还有%ds退出，pid:%d\n",cnt,getpid());
       --cnt;
       sleep(1);
     }
     if(cnt == 0)exit(111);
     else exit(-1);
   }
   //父进程等待子进程退出(阻塞式等待)
   printf("我开始等待子进程退出\n");
   int status=0;
   pid_t w=waitpid(id,&status,0);//0表示阻塞式等待,只有子进程结束时，父进程才会执行后面的指令                                                  
   //等待失败
   if(w<0)
   {
      perror("wait fail");
     return -1;
   }
   //等待成功
   printf("我是父进程，等待子进程成功，w:%d,子进程退出码:%d,退出信号:%d\n",w,(status>>8)&0xFF,status&0x7F);
   //status >> 8后得到低16位的高8位，& 0xFF则取到该8位对应的值，%d以十进制打印（退出码）
   //status &0x7F则是取到低7位的值，并以10进制打印（退出信号）
 }

先来看一下执行结果：

​ 当然，我们不仅可以通过位运算获得子进程的退出码以及退出信号，也可以通过系统提供的宏来获取：

1. WIFEXITED(status)：若子进程退出信号正常，则返回真，异常返回假（通常用0表示假，非0表示真）
2. WEXITSTATUS(status)：查看退出码(用户自己根据退出码来判断是否执行结果正确，前提是退出信号正常)

非阻塞式等待

将waitpid的第三个参数设置为WNOHANG，就表示非阻塞式等待。所谓非阻塞式等待，就是父进程在执行waitpid指令时，假如子进程没有退出，则会给waitpid返回一个0，然后继续执行后面的指令。我们可以通过等待轮询的方式，来保证在等待子进程的同时，父进程得以做一些其他的事。如下：

 #include<stdio.h>
 #include<unistd.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<sys/wait.h>
 #include<stdlib.h>
 
 //非阻塞式等待
 int main()
 {
   pid_t id=fork();
   if(id == 0)
   {
     //child
     int cnt=3;
     //让子进程3秒后退出
     while(cnt)
     {
       printf("我是子进程，还有%ds退出，pid:%d\n",cnt,getpid());
       --cnt;
       sleep(1);
     }
     if(cnt == 0)exit(111);
     else exit(-1);
   }

   //father               
   //等待轮询
   while(1)
   {
     int status=0;        
     //第三个参数设置为WNOHANG，表示非阻塞式等待，父进程可以执行后面的指令                                                                     
     pid_t tmp=waitpid(id,&status,WNOHANG);
     //等待失败
     if(tmp < 0)
     {
       perror("wait fail\n");
       exit(-1);
     }
     //子进程还未退出
     else if(tmp == 0)
     {
       printf("子进程还未退出，我可以做其它的任务\n");
       printf("执行任务-------\n");
       sleep(1);
     }
     //子进程退出
     else 
     {
       printf("子进程已退出，父进程接受子进程返回信息,子进程退出码:%d,退出信号:%d\n",WEXITSTATUS(status),status&0x7F);
       break;
     }
   }
   return 0;
 }

​

end.

生活原本沉闷，但跑起来就会有风！🌹** **