文章目录
- 1. 进程创建
- 1.1 fork函数初识
- 1.2 fork函数返回值
- 2. 写时拷贝
- 3. 进程终止
- 3.1 进程退出场景
- 3.2 进程常见退出方法
- 3.3 exit函数
- 3.4 return退出
- 4. 进程等待
- 4.1 进程等待必要性
- 4.2 进程等待的方法
- 4.2.1 wait方法
- 4.2.2 waitpid方法
- 4.2.3 获取子进程status
1. 进程创建
1.1 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，看如下程序 ：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
printf("我是父进程！\n");
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
printf("创建子进程失败！\n");
return 1;
}
else if(id == 0)
{
while(1)
{
//子进程
printf("我是子进程，pid: %d, ppid: %d\n",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
}
else
{
while(1)
{
//父进程
printf("我是父进程，pid: %d, ppid: %d\n",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
}
return 0;
}
检测结果：
1.2 fork函数返回值
- 子进程返回0
- 父进程返回的是子进程的pid
问题: 那么，fork创建子进程，操作系统都做了什么？
解答: fork创建子进程，系统里多了以一个进程，而 进程 = 内核数据结构 + 进程代码和数据 ，其中内核数据结构通常由操作系统维护，而进程代码和数据一般从磁盘中来，也就是c/c++程序加载之后的结果！
- 创建子进程，给子进程分配对应的内核结构，必须子进程自己独有了，因为进程具有独立性！
- 理论上，子进程也要有自己的代码和数据！
- 可是一般而言，我们没有加载的过程，也就是说，子进程没有自己的代码和数据！！
- 所以，子进程只能“使用”附父进程的大妈和数据！
对代码而言：都是不可被写的，只能读取，所以父子共享，没有问题！
对数据而言：可能被修改，所以，必须分离！
创建进程的时候，就直接拷贝分离？？可能拷贝子进程根本那就不会用到的数据空间，即便用到了，也可能知识读取！
下面来看一段代码：
从结果可以看出，编译器编译程序时候，尚且知道节省空间！！
创建子进程，不需要将不会被访问的，或者指挥读取的数据拷贝一份。
但是你还必须得拷贝？ 什么样的数据值得拷贝呢？
一般而言，即便是操作系统，也无法体验知道哪些空间可能会被写入！那么即使提前拷贝了，你会立马使用吗？答案显而易见是不会的！！
所以操作系统选择了 写时拷贝 技术，来进行将父子进程的数据进行分离！！
2. 写时拷贝
通常，父子代码共享，父子在不写入时，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。具体见下图:
问题: 为什么要使用写时拷贝？
解答: 因为有写时拷贝技术的存在，所以父子进程得以彻底分离！完成了进程的独立性的技术保证！（写时拷贝的好处）；写时拷贝是一种演示申请技术，可以提高征集内存的使用率！
fork常规用法
- 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。例如，父进程等待客户端请求，生成子进程来处理请求。
- 一个进程要执行一个不同的程序。例如子进程从fork返回后，调用exec函数。
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
3. 进程终止
进程终止时，操作系统做了什么？
- 当然要释放进程申请的相关内核数据结构和对应的数据和代码（本质就是释放系统资源）
进程终止的常见方式？
- 代码跑完，结果正确
- 代码跑完，结果不正确
- 代码没跑完，程序奔溃（信号部分）
用代码如何终止一个进程？
- 只有main函数内的return退出码才是终止进程的！其他函数的return只是退出函数！
- exit函数在任何位置被调用都是直接终止进程！！
我们在写c/c++代码时，再写main函数的最后总会return 0。那么
问题: main函数的返回值？main函数的返回的意义是什么? renturn 0的含义是什么，为什么总是0？
解答: main函数的返回值也叫进程退出码，其返回给上一级进程，用来评判进程执行结用的，可以忽略。
如果想要查看进程退出码，使用命令 echo $? 即可：
这些返回值都有一定的意义！！！
查看返回值的意义：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
for(int i = 0; i < 150; ++i)
{
printf("%d: %s\n",i,strerror(i));
}
return 0;
}
其中strerror( )函数可以返回return值的错误含义！！
显示结果：
0: 表示success成功的和含义。
这也就是为什么main函数最后为什么都会return 0了！！！
我们自己可以使用这些退出码和含义，但是如果想自己定义，也可以自己设计一套方案！（强烈不推荐）
3.1 进程退出场景
- 代码运行完毕，结果正确
- 代码运行完毕，结果不正确
- 代码异常终止
3.2 进程常见退出方法
正常终止（可以通过 echo $? 查看进程退出码）：
- 从main返回
- 调用exit
- _exit
异常退出：
- ctrl + c 信号终止
- _exit函数
3.3 exit函数
#include <unistd.h>
void exit(int status);
参数：status 定义了进程的终止状态，父进程通过wait来获取该值
说明：虽然status是int，但是仅有低8位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时，在终端执行$?发现返回值是255。
#include <unistd.h>
void _exit(int status);
对比结果，_exit并不对缓冲区进行刷新，而是直接调用了_exit ！！
exit最后也会调用_exit,但在调用exit之前，还做了其他工作：
- 执行用户通过 atexit或on_exit定义的清理函数。
- 关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入
- 调用_exit
3.4 return退出
return是一种更常见的退出进程方法。执行return n等同于执行exit(n),因为调用main的运行时函数会将main的返回值当做 exit的参数
4. 进程等待
4.1 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。
- 另外，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。
- 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，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
4.2 进程等待的方法
4.2.1 wait方法
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int*status);
//返回值：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,不关心则可以设置成为NULL
我们先来学一段僵尸进程：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
perror("fork");
exit(1);
}
else if(id == 0)
{
//子进程
int cnt = 5;
while(cnt)
{
printf("cnt: %d, I am children, pid: %d, ppid: %d\n", cnt, getpid(), getppid());
sleep(1);
cnt--;
}
exit(0);
}
else
{
//父进程
while(1)
{
printf("I am parent, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
}
}
return 0;
}
测试代码：
while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep test | grep -v grep; sleep 1; echo "####################################################################################"; done
监测结果：
五秒之后子进程便成为了僵尸状态！！！
然后用wait函数进行等待：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
perror("fork");
exit(1);
}
else if(id == 0)
{
//子进程
int cnt = 5;
while(cnt)
{
printf("cnt: %d, I am children, pid: %d, ppid: %d\n", cnt, getpid(), getppid());
sleep(1);
cnt--;
}
exit(0);
}
else
{
//父进程
printf("I am paremt, pid: %d, ppid: %d\n",getpid(),getppid());
sleep(7);
pid_t ret = wait(NULL); //阻塞式等待
if(ret > 0)
{
printf("Wait child success, ret: %d\n", ret);
}
//基本无意义，只是用来做比较
while(1)
{
printf("I am parent, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
}
}
return 0;
}
测试结果：
从结果可以看到，pid为78005就是子进程
4.2.2 waitpid方法
pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
// waitpid(pid, NULL, 0) == wait(NULL)
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: //等待型参数
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: //默认为0，表示阻塞等待
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。
使用waitpid进行测试：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
perror("fork");
exit(1);
}
else if(id == 0)
{
//子进程
int cnt = 5;
while(cnt)
{
printf("cnt: %d, I am children, pid: %d, ppid: %d\n", cnt, getpid(), getppid());
sleep(1);
cnt--;
}
exit(0);
}
else
{
//父进程
printf("I am paremt, pid: %d, ppid: %d\n",getpid(),getppid());
sleep(7);
pid_t ret = waitpid(id,NULL,0);
if(ret > 0)
{
printf("Wait child success, ret: %d\n", ret);
}
while(1)
{
printf("I am parent, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
}
}
return 0;
}
测试结果：
- 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。
4.2.3 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）：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
perror("fork");
exit(1);
}
else if(id == 0)
{
//子进程
int cnt = 5;
while(cnt)
{
printf("cnt: %d, I am children, pid: %d, ppid: %d\n", cnt, getpid(), getppid());
sleep(1);
cnt--;
}
exit(15);
}
else
{
//父进程
printf("I am paremt, pid: %d, ppid: %d\n",getpid(),getppid());
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id,&status,0);
if(ret > 0)
{
//sign 表示 子进程收到的信号编号
//exit sign 表示 子进程的退出码
printf("Wait child success, ret: %d\n, sign: %d, exit sign: %d\n", ret,status & 0x7F, (status >> 8)&0xFF);
}
}
return 0;
}
输出结果：
sign值为0，表示进程是正常退出！！
如果进程非正常退出，则sign的值为非0值，其原因可以通过查看kill指令来查看：
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