送给大家一句话：
我并不期待人生可以一直过得很顺利，但我希望碰到人生难关的时候，自己可以是它的对手。—— 加缪
开始学习进程控制
- 1 前言
- 2 进程创建
- 2.1 fork函数初识
- 2.2 fork函数返回值
- 2.3 写时拷贝
- 2.4 fork常规用法
- 2.5 fork调用失败的原因
- 2 进程终止
- 2.1 终止是在做什么
- 2.2 进程终止的情况
- 2.3 如何终止
- 3 进程等待
- 3.1 进程等待必要性
- 3.2 进程等待的方法
- wait方法
- waitpid方法
- 4 总结
- Thanks♪(･ω･)ﾉ谢谢阅读！！！
- 下一篇文章见！！！
1 前言
通过对进程的学习，我们对虚拟地址，页表，物理地址有了大概认识。我们平时使用的地址都是虚拟地址，通过页表可以访问物理地址（统一的视角进行控制，保证数据安全）。也认识到写时拷贝。
也认识O(1)调度算法，通过两个队列（活跃队列，过期队列）完成进程的分时控制，通过优先级来放入不同位置，以时间复杂度O(1)快速寻找进程。
2 进程创建
2.1 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。fork函数具有两个返回值，通过对返回值的判断(if else )可以进行父进程和子进程的不同书写。
注意：进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做以下工作：
- 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（进程：内核的相关数据管理的数据结构（task_struct + mm_struct + 页表）+ 代码与数据）
- 添加子进程到系统进程列表当中
- fork返回，开始调度器调度
这里是为了保证父进程和子进程的独立性。
2.2 fork函数返回值
- 子进程返回0
- 父进程返回的是子进程的pid
那为什么父进程返回子进程PID ，给子进程返回0呢？？？
很好理解：就像现实生活中，父母有了孩子，会给他或她起一个名字，父母知道了名字，就可以很好管理孩子。父进程与子进程同理，父进程为了便于管理子进程，所以fork函数会返回对应子进程的pid。
2.3 写时拷贝
通过图解可以很好理解写时拷贝。
在创建子进程的时候，子进程的页表映射与父进程一致（默认继承的），一旦子进程要进行修改数据，为了保证进程的独立性（保证父进程安全运行），不得不开辟一个新空间，并修改子进程页表的映射(虚拟地址不变！)。
2.4 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。
一般使用if else 分开书写，也可以通过系统调用打开新的进程。
2.5 fork调用失败的原因
- 系统中有太多的进程（数据空间是有限的）
- 实际用户的进程数超过了限制（必须是有限的）
2 进程终止
2.1 终止是在做什么
进程终止会进行：
- 释放曾经的代码和数据所占据的空间
- 释放内核数据结构
但是task_struct会延期处理，因为终止的进程处于Z状态（僵尸进程）
2.2 进程终止的情况
我们的main函数常常会有一个返回值 0 ，那为什么要返回零呢？？？
1 #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<string.h> 4 5 6 int main()7 {8 9 printf("I am parent process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());10 sleep(2);11 12 return 100; 13 }
来看我们返回100（为了效果明显）时
echo 打印的是bash 的环境变量，这个100 就是刚才进程返回到父进程（bash）的退出码（环境变量 ？表示最近一个进程的退出码）,一般0表示正常运行，非零表示有问题。
父进程关心子进程的信息，想要知道子进程是否正常运行。不同的退出码表示不一样的失败原因，我们来获取一下：
1 #include<stdio.h>2 #include<unistd.h>3 #include<string.h>4 5 int g_val = 10000;6 7 int main()8 {9 10 for(int errcode = 0 ;errcode <=255; errcode++)11 {12 printf("%d: %s\n",errcode,strerror(errcode));13 14 } 15 printf("I am parent process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid()); 16 sleep(1); 17 18 return 0; 19 }
这样就可以获取所有的退出码和对应的退出信息了：
通过退出码就能获取对应退出信息，来告知用户为什么退出了。其底层实现也好理解，通过数字与字符串的一一对应来做到。
常见进程退出场景：
- 代码运行完毕，结果正确（正常结束进程）
- 代码运行完毕，结果不正确
- 代码异常终止，出现异常提前退出
就像：VS编程运行的时候，如果崩溃了 — 操作系统发现你的进程做了不应该做的事情，OS就杀死进程！！！
一旦出现异常，退出码就没有意义了！！！ 为什么出异常才是最重要的！！！
那为什么会出现异常呢？？？ 原因是：进程出现异常的本质是进程收到来自OS发给进程的信号！(kill -9 就是一个信号)
注意：
- 先确认是否异常
- 不是异常就是代码正常跑完，看退出码即可。
- 可以通过退出信号来判断出现了什么异常
2.3 如何终止
正常终止（可以通过 echo $? 查看进程退出码）：
- 从main函数return，表示进程终止
- 调用exit
- _exit
异常退出：
ctrl + c，信号终止
来看手册中如何描述的：
调用exit 函数试试：
1 #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<string.h> 4 #include<stdlib.h>5 int g_val = 10000; 6 7 int main() 8 { 9 10 printf("I am parent process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());11 sleep(1);12 exit(123); 13 14 } 15
运行后是这样的效果：
exit比return 直接，调用一次就可以完全退出！
_exit 是一个系统调用（system call），参数与exit一致，使用与exit几乎一模一样。
**但是exit会冲刷缓冲区，而_exit 不会,**因为缓冲区在系统调用之上 ，而exit 是一个C语言库函数。图解：
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 进程等待
3.1 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
也就是说，任何进程在退出时都要被父进程进行等待，不然子进程处于僵尸进程就会造成内存泄漏！！！
3.2 进程等待的方法
- wait方法
- waitpid方法
- 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
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
我们测试一下：
1 #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<string.h> 4 #include<stdlib.h> 5 #include<sys/types.h> 6 #include<sys/wait.h> 7 8 void Childrun() 9 { 10 int cnt = 5; 11 while(cnt) 12 { 13 printf("I am child ,pid:%d,ppid:%d,cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt);14 sleep(1); 15 cnt--; 16 } 17 } 18 19 int main() 20 { 21 22 printf("I am father ,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());23 24 pid_t id = fork(); 25 if(id == 0) 26 { 27 //child 28 Childrun(); 29 printf("child quit...\n"); 30 exit(0); 31 } 32 //father 33 sleep(10); 34 pid_t rid = wait(NULL); 35 if(rid > 0) 36 { 37 printf("wait success,rid:%d\n",rid); 38 } 39 sleep(3); 40 return 0; 41 }
这个程序会在子进程运行结束前等待子进程,并且会存在一段时间的窗口期，此时子进程处于僵尸进程：
在这个父进程等待的过程中，父进程一直在等待子进程的退出，处于阻塞等待状态。父进程本质是等待某种软件条件就绪，那么如何理解阻塞等待子进程呢？？？
就是把自己列入等待队列，把状态列入不运行状态，等待子进程（类似scanf 的阻塞）。
waitpid方法
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
注意其中的三个参数！
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
pid_t rid = waitpid(-1,NULL,0); 与刚才的wait等价！！！如果id不为-1，是一个对应的id,那么就会等待指定进程！！！，如果id错误（不存在该进程），就会发生等待错误！！！
status 是一个输出型参数，需要我们传入一个指针来获取。来测试一下（子进程退出码设置为1 ）
1 #include<stdio.h> 2 #include<unistd.h> 3 #include<string.h> 4 #include<stdlib.h> 5 #include<sys/types.h> 6 #include<sys/wait.h> 7 8 void Childrun() 9 { 10 int cnt = 5; 11 while(cnt) 12 { 13 printf("I am child ,pid:%d,ppid:%d,cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt);14 sleep(1); 15 cnt--; 16 } 17 } 18 19 int main() 20 { 21 22 printf("I am father ,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());23 24 pid_t id = fork(); 25 if(id == 0) 26 { 27 //child 28 Childrun(); 29 printf("child quit..\n"); 30 exit(1); //退出码设置为1 31 } 32 //father 33 sleep(10); 34 int status = 0 ; 35 pid_t rid = waitpid(id , &status , 0);36 if(rid > 0) 37 { 38 printf("wait success,rid:%d\n",rid);39 } 40 printf("father quit...,status:%d\n",status); 41 sleep(3); 42 return 0; 43 }
这就成功获取了status！
我们需要的是 退出码 和 退出信号，那么我们如何通过status获取这两个数据呢？？？
也就通过位运算就可以成功获取了。
这样就可以了：
通过两个信息就可以判断进程是否正常运行，如果异常，也能知道异常原因了。
当然，如果使用位运算就有点那啥了，我们可以使用宏：
- 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）
对于第三个参数，就可以让父进程在等待的刚才中区做其他事情。也就是进行非阻塞等待：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
- 阻塞等待就类似张三给李四打电话帮忙，李四正在忙，告诉张三等一会，然后张三这个电话就不挂了，等着李四完成工作，张三也不做其他事情。
- 非阻塞等待类似张三给李四打电话帮忙，李四正在忙，告诉张三等一会，然后张三说李四忙完打回来，张三就先去做其他事情。
下面写入了一段非阻塞轮询等待的代码，这样就能保证父进程在等待的过程中，可以去做其他事情！
34 while(1) 35 { 36 int status = 0 ; 37 pid_t rid = waitpid(id , &status , 0); 38 if(rid == 0) 39 { 40 sleep(1); 41 printf("child is running ,father check next time!\n"); 42 } 43 else if(rid > 0) 44 { 45 if(WIFEXITED(status)) 46 { 47 printf("child quit success,child exit code:%d\n",WEXITSTATUS(status)); 48 } 49 else 50 { 51 printf("child quit unnormal!\n"); 52 } 53 break; 54 } 55 else 56 { 57 printf("waitpid failed!\n"); 58 break; 59 } 60 }
来看运行效果(父进程一直在查)：
这样就完成了。
4 总结
- 等待很容易理解，等待是必须进行的，回收子进程资源，获取子进程退出信息
- 进程等待常用waitpid，并常用非阻塞等待
