Linux之进程控制（上）

进程创建

进程终止

进程退出码

进程终止的方式

进程等待

进程等待的方式

status概述

总结

上期我们学习了Linux中进程地址空间的概念，至此进程的所有基本概念已经全部学习完成，今天我们将开始学习进程相关的操作。

进程创建

进程创建其实之前我们已经讨论过，进程创建有两种方式。

1.程序编译之后形成可执行程序，运行可执行程序，可创建进程。

2.使用fork函数创建子进程。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int a = 100;
int main()
{
  if(fork()==0)
  {
    printf("#############我是子进程更改前a的值等于%d ###########\n",a);
    a = 200;
    printf("#############我是子进程更改后a的值等于%d 地址为%p \n",a,&a);
  }
  else{
    printf("##############我是父进程，a的值等于%d 地址为%p \n",a,&a);
    sleep(2);
  }
  
  return 0;
}

创建子进程的目的就是让子进程去做跟父进程不一样的事情（任务）。在fork函数执行之后，会去执行fork函数之后的代码，因为子进程会继承父类的pcb，pcb中有pc指针，用于记录进程的上下文数据，正是因为如此，子进程拥有和父类一样的pc指针，而且子进程和父进程是共享代码的，所以子进程会去执行fork函数之后的代码。

进程终止

什么是进程终止呢？进程终止其实就是进程退出，进程退出总共有三种情况。

1.代码运行完毕，结果正确。

2.代码运行完毕，结果不正确。

3.代码异常终止。

那么既然进程退出总共有三种情况，那么我们怎样去分辨这三种情况呢？其实这就涉及到了下一个概念------进程退出码。

进程退出码

直接给出进程退出码的概念。

进程退出码：一个整型变量，在进程退出时返回，返回0为代码运行完毕，结果正确；返回非0（非0有很多种可能，每一个可能为一种错误的原因）为代码运行完毕，结果不正确；当代码异常终止时，进程退出码是没有任何意义的。

通过一个场景为大家熟悉一下进程退出码。比如学校考试，进程退出码可以看做考试成绩，满分只有一种，但是非满分有很多种，用满分对应退出码为0，非满分对应退出码我为非0，当考场作弊时，分数已经没有了任何意义，对应为代码异常终止，进程退出码无意义。

进程终止的方式

进程终止有三种方式。

1.使用main函数作为返回。

#include<stdio.h>

int main()
{
  printf("hello world!\n");
  return 0;
}

上述代码大家并不陌生，大家可能经常会无脑写return 0，但是有多少人想过为什么要写return 0呢。这个return 0其实就是进程退出的标志，返回0证明代码运行结束结果正确，进程退出。可以使用echo $?查看当前进程的退出码。

当然，除过return 0 之外我们可以自己返回任意退出码。我们将return 0改为了return 1.

2.使用exit函数进行进程退出，函数的参数为进程退出码。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
  printf("hello world!\n");
  //return 1;
  exit(0);
}

通过运行结果可知，exit可以进行进程的退出，退出码也与我们设置的一样。

3.使用_exit函数进行进程退出，函数的参数为进程退出码。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
  printf("hello world!\n");
  _exit(1);
}

通过运行结果可知，exit可以进行进程的退出，退出码也与我们设置的一样。

那么问题来了，exit函数和_exit函数都可以进行进程退出，那么它们的区别是什么呢？我们以下述代码为大家解释。

1.exit函数。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
 
  printf("hello world!");
  exit(0);
 
}

2._exit函数。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
 
  printf("hello world!");
  _exit(0);
 
}

上述代码，除了函数不同之外，其它部分全部相同，为什么运行结果不一样呢，exit函数打印出了对应的结果，而_exit函数没有打印对应的结果。这究竟是为什么呢？

其实，这也就是exit函数和_exit函数的区别，因为上述打印代码都没有带‘\n’，所以在打印的时候时不会刷新缓冲区，所以要最终在显示器上打印出来，就必须刷新缓冲区。两个函数只有exit会在函数运行结束时刷新缓冲区，而_exit不会刷新缓冲区，所以就有了第一份代码打印对应的结果，而第二份代码不去打印。

进程等待

我们知道任何进程在退出时都会先转为Z状态（僵尸态），因为僵尸态的进程是已经死亡的进程，操作系统无法杀死已经死亡的进程，所以当系统中存在大量的僵尸进程时，就会占用大量的系统资源，造成资源的浪费。那么究竟如何避免系统产生大量的僵尸进程呢？进程等待就是最好的一个解决方式。

我们知道僵尸进程的产生原因就是子进程退出时，产生大量的退出信息而父进程不对这些信息进行处理所造成的，所以要避免产生僵尸进程，就要使用进程等待的方式，让父进程去处理子进程产生的退出信息，从而避免僵尸进程的产生。

进程等待的方式

1.wait函数。

wait函数由两个返回值，返回值>0，意味着等待成功，有子进程退出，返回值为子进程的pid。返回值<0，意味着等待失败。

参考下述代码。

#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)
  {
    //child
    int cnt=5;
    while(cnt){
      printf("child[%d] is running,cnt is %d \n",getpid(),cnt);
      sleep(1);
      cnt--;
    }
  }

  else{
    //parent
    sleep(10);
    //父进程开始进行等待
    int ret=wait(NULL);
    if(ret>0)
    {
      printf("父进程等待成功！\n");
    }
    else{
      printf("父进程等待失败！\n");
    }
    sleep(10);
    
  }

整个执行逻辑是，让父进程先休眠10s，在父进程休眠期间，子进程进行打印，打印完成之后，子进程退出，但是由于父进程在休眠，所以父进程不对子进程的退出信息进行处理，所以子进程变成了僵尸进程，但是当父进程睡眠10s被唤醒之后，就开始进行等待，将子进程的退出信息进行了处理，此时子进程就从僵尸态变成了死亡状态，从Z变X状态。然后只剩父进程，父进程继续休眠10s，父进程退出，然后后进程数量变成了0。运行结果如下。

运行结果符合预期。

子进程状态由S变成了Z状态，符合预期。

然后由Z变成了X状态，符合预期。

最终系统进程变成了0，符合预期。

2.waitpid函数。

waitpid有三个返回值，返回值>0，意味着父进程等待成功，返回值为子进程的pid，返回值=0，意味着等待成功，但是没有子进程退出，返回值<0，意味着等待失败。

waitpid函数的功能与wait函数的功能类似。二者的区别仅仅是参数的区别。

wait中的status和waitpid中的status是同一个参数，意义相同，所以我们重点介绍waitpid的三个参数。

第一个参数pid：当pid为-1时，意味着父进程等待任意一个子进程，即与wait函数功能一致。当pid不为-1时，则表明等待pid为当前值的进程。

第二个参数status：一个输出型参数。

我们知道父进程等待其实就是获取子进程的退出信息，子进程有什么退出信息呢。进程退出我们知道有三种情况，前两种都是代码执行完毕，进程正常退出，所以我们用退出码可以识别进程的退出状态。最后一种是异常退出，异常退出我们用是否存在信号来识别。综上子进程退出的信息无非就有两种进程的退出码和信号。所以父进程通过这两种信息来判断子进程的退出状态。

status概述

status可以看做是一个整型，所以总共有32个比特位，但是我们往往不关心高16位，我们只关心低16位。图示如下：

低16位中的次低8位用于存放子进程的退出码，低8位的0-6位存放信号信息，第7位是core dump标志，这个我们后期在为大家讲解。

所以父进程判断子进程是否是正常退出时，先判断信号为是否为0，如果为0意味着正常退出，则去获取退出码，判断运行结果是否正确。

那么具体的这些退出码信息和信号信息是怎样写入status中的呢？

其实在子进程退出时，它的退出信息（退出码和信号）全部保存在了其pcb中，父进程从子进程的pcb中获取到了退出码信息和信号信息，最终让status和退出码信息和信号信息进行与操作和移位操作，使得退出码信息和信号信息存储在了status中，最终可以通过status获得子进程的退出码和信号信息。但是移位和与操作比较麻烦，操作系统给了两个函数用于获取这两个信息。WIFEXITED(status)用于判断进程是否正常退出，为真则正常退出，否则为异常退出，WEXITSTATUS(status)用于获取子进程的退出码。

第三个参数options：即用于指定父进程是阻塞等待还是非阻塞等待。为0则为阻塞等待，为WNOHANG则为非阻塞等待。

所谓阻塞等待和非阻塞等待其实就是，在等待的过程中父进程是否可以干自己的事情。若为阻塞状态，则意味着父进程的pcb被加载到了等待队列中，父进程不能被cpu运行，所以父进程也就不能干其它的事；若为非阻塞状态，意味着父进程的pcb仍运行队列中，可以被cpu调度，所以可以执行其它事情。

代码如下。

#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)
  {
    //child
    int cnt=5;
    while(cnt){
      printf("child[%d] is running,cnt is %d \n",getpid(),cnt);
      sleep(1);
      cnt--;
    }
  }

  else{
    //parent
    sleep(10);
    //父进程开始进行等待
   // int ret=wait(NULL);
   
    int status = 0;
    int ret=waitpid(-1,&status,0);
    if(ret== 0)
    {
      //等待成功，但是没有子进程退出
      printf("父进程等待成功，没有子进程退出！\n");
    }
    else if(ret > 0){
      //等待成功，有子进程退出
      printf("等待成功，子进程pid为：%d\n",ret);
    }
    else
    {
      //等待失败
      printf("父进程等待失败！\n");
    }
    sleep(10);
 
  }
  
}

运行结果如下：