【Linux系统】进程的终止、等待和程序替换

进程终止

本质：是释放系统资源，就是释放进程申请的相关内核数据结构和对应的数据和代码
main函数结束，进程结束；其他函数，只表示自己函数调用完成，返回
任何地方调用exit，表示进程结束！并返回父进程bash，子进程的退出码

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）
- 从main返回（return）
- 调用exit
- _exit
异常退出
- ctrl+c，信号终止

退出码

退出码可以告诉我们最后一次执行的命令的状态。程序返回退出码0表示执行成功，没有问题。代码1或0以外的任何代码都被视为不成功
Linux Shell 中的主要退出码：
在这里插入图片描述

退出码0表示命令执行无误
退出码1可以理解为“不被允许的操作”。例如除以0等操作
可以使用strerror函数来获取退出码对应的描述
代码异常终止，退出码无意义。进程一旦出现异常，一般是进程收到信号

_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：

执行用户通过atexit或on_eixt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

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

int main()
{
    printf("hello");
    exit(0);                                                                                                                                                    
}
运行结果：
$ ./code
hello$ 

int main()
{
    printf("hello");
    _exit(0);                                                                                                                                                    
}
运行结果：
$ ./code
$

从上面的实例我们可以看出：

进程exit，退出时，会进行缓冲区的刷新
进程_exit，退出时，不会进行缓冲区的刷新

那我们之前谈论的缓冲区应该在哪里？？
在库缓冲区，C语言提供的缓冲区

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
另外，进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，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，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：输出型参数
		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：默认为0，表示阻塞等待
		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

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

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只研究低16位比特位
没有异常呢？？
- 低7个比特位全是0
- 一旦低7个比特位!0，异常退出，退出码无意义！

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

int main()
{
    pid_t pid=fork();
    if(pid==-1)
    {
        perror("fork fail");
        exit(1);
    }
    else if(pid==0)
    {
        sleep(20);
        exit(10);
    }
    else
    {
        int status=0;
        int ret=wait(&status);
        if(ret>0&&(status&0x7f)==0)
        {
            //正常退出
            printf("child exit code:%d\n",(status>>8)&0xff);
        }
        else if(ret>0)
        {
            //异常退出
            printf("sig code:%d\n",status&0x7f);
        }
    }
}

测试结果：
# ./a.out #等20秒退出
child exit code:10
# ./a.out #在其他终端kill掉
sig code : 9

阻塞与非阻塞等待

waitpid(-1,&status,0);//阻塞式等待
waitpid（-1，&status，WNOHANG)；//非阻塞式等待

进程程序替换

fork()之后，父子各自执行父进程代码的一部分如果进程就想要执行一个全新的程序呢？？进程的程序替换来完成这个功能！
程序替换是通过特定的接口，加载磁盘上的一个全新的程序（代码和数据），加载到调用进程的地址空间中

替换原理

在程序替换过程中，并没有创建新的进程，只是：把当前进程的代码和数据用新的程序的代码和数据覆盖式的进行替换
一旦程序替换成功，就去执行新代码了，原始代码后部分已经不存在了

替换函数

 int execl(const char *pathname, const char *arg, ...
                       /* (char  *) NULL */);
 int execlp(const char *file, const char *arg, ...
                       /* (char  *) NULL */);
 int execle(const char *pathname, const char *arg, ...
                       /*, (char *) NULL, char *const envp[] */);
 int execv(const char *pathname, char *const argv[]);
 int execvp(const char *file, char *const argv[]);
 int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]); //系统调用
 int execvpe(const char *file, char *const argv[],
                       char *const envp[]);