【Linux】进程控制(详解)

一.进程创建

1.fork函数

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：⾃进程中返回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：

1.  分配新的内存块和内核数据结构给⼦进程
2.  将⽗进程部分数据结构内容拷⻉⾄⼦进程
3.  添加⼦进程到系统进程列表当中
4. fork返回，开始调度器调度
5. fork之后，谁先执⾏完 全由调度器决定

2.写时拷贝

当父进程创建子进程时fork，父进程首先要做的是，直接将父进程代码和数据对应页表项的权限，全部改成只读权限，然后子进程继承下来的页表也全部是只读权限，当子进程尝试通过代码对某些数据进行修改的时候，那么页表就立马识别到当前正在对只读区域进行写入操作，就会触发系统错误，触发系统错误的时候，系统就要进行判断，是真的错了，还是要进行写时拷贝，因为毕竟也会有野指针异常访问空间，系统错误后，就会触发缺页中断(后面学习会讲解，这里只需要了解就行)，让系统去做检测，如果发现写入的区域是代码区，直接进行杀进程，但一旦发现写入的区域是数据区，就判定成发生写时拷贝，然后系统向物理内存申请空间，进行拷贝，修改页表映射，恢复权限。

要是写入时，这个内存空间不在物理内存里呢？

也是触发错误，发生缺页中断，系统检测，发生页表置换，从磁盘调入物理内存 

 写时拷贝就是时间换空间的做法！！！
为什么还要做一次拷贝呢？不能直接开辟空间吗？

因为你的写入操作！=对目标区域进行覆盖，也有可能会用到原有数据，比如：count++。

二.进程终止

main函数的返回值，是返回给父进程或者是系统，最终表示程序对还是不对！！

回顾一下查看上一次进程退出码的指令：echo $?。查看上次进程的退出信息，命令行中，最近一次程序的退出码。退出码表示错误原因。

一般0表示成功，非0 表示错误，用不同的数字，约定或表明出错的原因，系统提供了一批错误码，也可以自己约定错误码。

errno表示获取错误码，而strerror则是将该错误码转换成字符串

数字是给系统看的，字符串是给用户看到

看下面代码，如果不存在该文件，打开一定是失败的，则会返回错误码errno，然后通过strerror将数字转换成字符串。

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdio>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main()
{
    printf("before: errno: %d,errstring: %s\n", errno, strerror(errno));

    FILE *fp = fopen("./log.txt", "r");
    if (fp == nullptr)
    {
        printf("after: errno: %d,errstring: %s\n", errno, strerror(errno));
        return errno;
    }
    return 0;
}

所有再用echo $?查看也是与errno一样。

在Linux下系统错误码有0-133，Windows下有0-140.

在两种系统分别执行下面代码查看：

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdio>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main()
{
    for(int i = 0;i<200;i++)
    {
        std::cout<<"code: "<<i<<", errstring: "<<strerror(i)<<std::endl;
    }
    return 0;
}

1.进程退出的时候，main函数结束代表进程退出，mian函数返回值代表进程所对应的退出码。

2.进程退出码可以由系统默认的错误码来提供，也可以约定自己的退出码。

1.进程终止的方式

1.main函数return

2.进程调用exit，exit在代码任何地方，表示进程结束，非mian函数的return，只表示函数结束，exit表进程结束

3._exit，系统接口，也是终止进程

补充：系统级头文件都是.h.语言级头文件，比如<stdio.h>,在c++中可以写成<cstdio>，但系统级头文件不行。

观察下面代码结果：

int main()
{
    printf("进程运行结束！");
    sleep(2);
    exit(23);
    sleep(2);
    return 0;
}

然后对比_exit，看看区别：

int main()
{
    printf("进程运行结束！");
    sleep(2);
    _exit(23);
    sleep(2);
    return 0;
}

结论：语言级exit会把打印从缓冲区刷新出来，再结束进程，而系统级_exit则不会把打印从缓冲区刷新出来，直接结束进程。

1.刷新缓冲区的区别

2.上下层的区别

我们知道语言级函数，往往是封装系统调用接口，更接近上层，

我们试想一下我们之前认为的缓冲区在哪个位置？

这个缓冲区一定不在OS内部，因为如果在OS内部那么printf打印的信息也一定在OS中，所不管调用哪个函数，都会刷新缓冲区，所有这个缓冲区一定不在OS中。

结论：这个缓冲区是语言级缓冲区，由C/C++提供的！！！

调用exit，fflush从语言层把缓冲区内容刷新到OS中，在刷新到屏幕上。

调用_exit，则直接会杀死进程，数据还在缓冲区内，没机会刷新。

三.进程等待

对于我们创建出来的子进程，作为父进程，必须等待这个子进程，因为是父进程创建的，就必须对子进程负责，对子进程进行回收，如果不回收，根据进程状态那一节内容，子进程就是变成僵尸进程，如果忘了可以进行回顾：进程的状态。

我们看下面代码，如果不进行回收，子进程就会变成僵尸：

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdio>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <cstdio>
#include<unistd.h>

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id<0)
    {
        printf("errno: %d,errstring: %s\n",errno,strerror(errno));
        return errno;
    }
    else if(id == 0)
    {
        int cnt = 10;
        while(cnt)
        {
            printf("子进程运行中,pid: %d\n",getpid());
            sleep(1);
            cnt--;
        }
        exit(0);
    }
    else
    {
        while (true)
        {
            printf("我是父进程,pid: %d\n",getpid());
            sleep(1);
        }
        
    }
    return 0;
}

1.wait 

学习两个回收子进程函数：

1.先看wait，一般而言，父进程创建子进程就要等待子进程，直到结束

wait

1.回收子进程的僵尸状态

2.等待的时候子进程，如果不退，父进程就要一直阻塞在wait内部，类似scanf。

3.返回值，大于0，表示成功回收子进程，小于0，表示回收失败

4.等待期间，父进程阻塞式等待，等待成功一般返回子进程pid

5.作用：等待任意一个子进程退出

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdio>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id<0)
    {
        printf("errno: %d,errstring: %s\n",errno,strerror(errno));
        return errno;
    }
    else if(id == 0)
    {
        int cnt = 5;
        while(cnt)
        {
            printf("子进程运行中,pid: %d\n",getpid());
            sleep(1);
            cnt--;
        }
        exit(0);
    }
    else
    {
        sleep(10);
        pid_t rid = wait(nullptr);
        if(rid > 0)
        {
            printf("wait sub processon,rid: %d\n",rid);
        }
        while (true)
        {
            printf("我是父