进程控制

进程创建

认识fork函数

• 它是从已经存在的进程中创建一个新进程。新进程为子进程，原进程为父进程。

#include<stdio.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。而且他们都运行到相同的地方。但是每个进程都有自己的旅程，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：

看打印结果，对照图理解：

fork之前父进程独立执行，fork之后父子两个执行流分别执行。但是要注意的是，fork 之后，谁先执行完全由调度器决定。

fork函数返回值

• 子进程返回0
• 父进程返回的是子进程的pid

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

进程退出常见方法

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. 调用_exit

异常退出

• ctrl+c,信号终止

_exit函数和exit函数

虽然他俩都是进程退出函数，但是他俩还是有区别地：

• _exit 会执行用户通过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
• exit函数会在最后调用_exit函数
  

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

为什么要进程等待（必要性）

• 1. 避免出现僵尸进程
• 2. 父进程需要了解子进程的退出信息（比如：是否是正常退出，运行结果对还是不对等）

进程的方法

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。
ststus:
	 WIFEXITED(status):若正常终止子进程返回的状态，则为真。（查看进程是否退出正常）
  	 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。

获取子进程status

• wait和waitpid，都有一个status参数，它是一个整形指针，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。
• 用法：

	int st=0;
	waitpid(pid,&st,0);//开始等待，子进程退出，操作系统就会从进程PCB中读取退出信息，保存在status指向的变量中.
	//返回之后，st中就保存的时进程的退出信息。下面具体讲解。

• 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）：

• 代码展示：

#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include<unistd.h>

int main( void  )
{
    pid_t pid;
    if ( (pid=fork()) == -1  )
       perror("fork"),exit(1);
    if ( pid == 0  )
    {
        sleep(2);
        exit(10);
         
    }
     else 
    {
     	 int st;
       	 int ret = wait(&st);    
         if ( ret > 0 && ( st & 0X7F  ) == 0  )
         { // 正常退出
         	 printf("child exit code:%d\n", (st>>8)&0XFF);
         } 
         else if( ret > 0  ) 
         { // 异常退出
          	 printf("sig code : %d\n", st&0X7F );
         }     
    }
}

结果：

进程程序替换

替换原理

• 进程调用exec函数，将该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动历程开始执行。
• 调用exec并不创建新进程，所以调用exec前后进程的id不变。

替换函数

#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[]);

函数解释

• 这些函数如果调用成功则会加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回。（成功无返回值）
• 调用出错返回-1。

理解记忆

• 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
  

调用举例：

#include <unistd.h>
int main()
{
 char *const argv[] = {"ps", "-ef", NULL};
 char *const envp[] = {"PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL};
 execl("/bin/ps", "ps", "-ef", NULL);
 // 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
 execlp("ps", "ps", "-ef", NULL);
 // 带e的，需要自己组装环境变量
 execle("ps", "ps", "-ef", NULL, envp);
 execv("/bin/ps", argv);
 
 // 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
 execvp("ps", argv);
 // 带e的，需要自己组装环境变量
 execve("/bin/ps", argv, envp);
 exit(0);
}