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进程控制

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海盗船长
发布2020-08-27 17:31:40
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发布2020-08-27 17:31:40
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文章被收录于专栏:基础知识文章基础知识文章

进程创建

fork函数初识

在linux中fork函数是非常重要的函数,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
在这里插入图片描述
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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自己的执行,看如下程序。

int main( void )
{
   pid_t pid;
 
   printf("Before: pid is %d\n", getpid());
   if ( (pid=fork()) == -1 )
   perror("fork()"),exit(1);
   printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);
    sleep(1);
   return 0;
}   
 
//运行结果:
[root@localhost linux]# ./a.out
Before: pid is 43676
After:pid is 43676, fork return 43677
After:pid is 43677, fork return 0

这里看到了三行输出,一行before,两行after。进程43676先打印before消息,然后它有打印after。另一个after消息有43677打印的。注意到进程43677没有打印before,原因如下图所示:

在这里插入图片描述
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fork之前父进程独立执行,fork之后,父子两个执行流分别执行。注意,fork之后,谁先执行完全由调度器决定。

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:

在这里插入图片描述
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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

进程终止

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
进程常见退出方法
  • 正常终止(可以通过 echo $? 查看进程退出码):
  1. 从main返回
  2. 调用exit
  3. _exit
  • 异常退出:
  1. ctrl + c,信号终止
_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。

exit函数
#include <unistd.h>
void exit(int status);
  • exit最后也会调用exit, 但在调用exit之前,还做了其他工作:
  1. 执行用户通过 atexit或on_exit定义的清理函数。
  2. 关闭所有打开的流,所有的缓存数据均被写入
  3. 调用_exit
在这里插入图片描述
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实例:

int main()
{
    printf("hello");
    exit(0);
}
//运行结果:
[root@localhost linux]# ./a.out
hello[root@localhost linux]#
 
int main()
{
    printf("hello");
    _exit(0);
}
//运行结果:
[root@localhost linux]# ./a.out
[root@localhost linux]# 
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。

进程等待

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。
  • 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。
  • 父进程派给子进程的任务完成的如何,我们需要知道。如果子进程运行完成,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。
进程等待的方法
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
waitpid方法

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。
在这里插入图片描述
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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):
在这里插入图片描述
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具体代码实现
  • 进程的阻塞等待方式
int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if(pid < 0){
        printf("%s fork error\n",__FUNCTION__);
        return 1;
    } else if( pid == 0 ){ //child
        printf("child is run, pid is : %d\n",getpid());
        sleep(5);
        exit(257);
    } else{
        int status = 0;
        pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);//阻塞式等待,等待5S
        printf("this is test for wait\n");
        if( WIFEXITED(status) && ret == pid ){
            printf("wait child 5s success, child return code is 
:%d.\n",WEXITSTATUS(status));
        }else{
            printf("wait child failed, return.\n");
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}

运行结果:
[root@localhost linux]# ./a.out
child is run, pid is : 45110
this is test for wait
wait child 5s success, child return code is :1. 
  • 进程的非阻塞等待方式
#include <stdio.h>  
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
 
int main()
{
    pid_t pid;
    
    pid = fork();
    if(pid < 0){
        printf("%s fork error\n",__FUNCTION__);
        return 1;
    }else if( pid == 0 ){ //child
        printf("child is run, pid is : %d\n",getpid());
        sleep(5);
        exit(1);
    } else{
        int status = 0;
        pid_t ret = 0;
        do
        {
            ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG);//非阻塞式等待
            if( ret == 0 ){
                printf("child is running\n");
            }
            sleep(1);
        }while(ret == 0);
    
        if( WIFEXITED(status) && ret == pid ){
            printf("wait child 5s success, child return code is 
:%d.\n",WEXITSTATUS(status));
        }else{
            printf("wait child failed, return.\n");
            return 1;
        }
    }
    return 0;
}

运行结果:

[root@iZ2ze9lfzq2oaf3vr5bmlwZ ~]# ./waier
child is running
child is run, pid is : 31889
child is running
child is running
child is running
child is running
wait child 5s success, child return code is :1.

进程程序替换

替换原理

用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支),子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程,所以调用exec前后该进程的id并未改变。

在这里插入图片描述
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替换函数

其实有六种以exec开头的函数,统称exec函数:

#include <unistd.h>`
 
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
函数解释
  • 这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回。
  • 如果调用出错则返回-1,所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。
命名理解

l(list) : 表示参数采用列表 v(vector) : 参数用数组 p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH e(env) :表示自己维护环境变量

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原始发表:2020-02-28 ,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • 进程创建
    • fork函数初识
      • 写时拷贝
        • fork常规用法
          • fork调用失败的原因
          • 进程终止
            • 进程退出场景
              • 进程常见退出方法
                • return退出
                • 进程等待
                  • 进程等待必要性
                    • 进程等待的方法
                      • 获取子进程status
                      • 进程程序替换
                        • 替换原理
                          • 替换函数
                            • 函数解释
                              • 命名理解
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