Linux---进程控制

进程控制：

进程创建：
进程创建函数为fork()，无参数
返回值：创建失败返回-1；创建成功后父进程返回子进程的id(大于0)，子进程返回0，
我们可以通过返回值的不同对父子进程进行分流。

fork常规用法：

	一个父进程希望复制自己，生成子进程，让父子进程执行不同的代码段。例如：父进程等待客户端请求，生成的子进程来处理请求
	一个进程要执行不同的程序。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

vfork函数：
也是用来创建子进程，但是

	vfork用于创建一个子进程，而子进程和父进程共享地址空间，fork的子进程具有独立地址空间
	vfork保证子进程先运行，在它调用exec或exit之后父进程才可能被调度到

代码：

// fork创建子进程通过返回值的不同进行代码分流

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
                                                                                                                
int main()
{
        pid_t pid;
        printf("process 0, pid: %d\n", getpid());
        pid = fork();
        if(pid < 0)
        {
                perror("fork error:");
        }
        // 子进程
        if(pid == 0)
        {
                printf("process 1, I am child, pid:%d\n", getpid());
        }
        // 父进程
        else
        {
                sleep(1);
                printf("process 0, I am parent, pid:%d\n", getpid());
        }
        return 0;
}

分析：

1. 通过返回值的不同进行了代码分流
2. 子进程运行的代码是从fork创建成功之后的代码开始运行
3. getpid()为获取调用进程的id，getppid()为调用进程的父进程的id
4. sleep()的作用是等待子进程，避免产生僵尸进程（在进程概念中提到）
5. 在使用进程创建时，我们一般不会让子进程执行相同的任务，在进程控制中讲如何让子进程执行不同的代码

// vfork创建子进程

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
        pid_t pid;
        pid = vfork();
        if(pid == -1)
        {
                perror("vfork error:");
        }
        // child
        else if(pid == 0)
        {
                sleep(1);
                glob = 200;
                printf("child glob: %d\n",glob);
                exit(1);
        }
        // parent
        else
        {       printf("parent glob :%d\n", glob);
        		sleep(3);    
                printf("parent glob :%d\n", glob);
        }
        return 0;
}

分析：

1. vfork与fork相同都是用来创建子进程
2. vfork创建的子进程共用父进程的程序地址空间，fork创建的子进程有独立的程序地址空间
3. vfork保证子进程先运行，只有当子进程return或者exit退出后父进程才有可能被调度

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，结果错误
	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函数中返回
	2. 调用exit
	3. _exit

异常退出：

	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$?发现返回的值为255

exit函数：

#include <unistd.h>
void exit(int status);

exit最后也会调用_exit，但是在调用_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，将缓存的数据写入
	3. 调用_exit

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的返回值当作exit的参数

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

int main()
{
        printf("hello");
        exit(0);                                                                                                
}

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

int main()
{
        printf("hello");
        _exit(0);                                                                                                
}

分析：

1. _exit会直接退出进程，exit将缓冲区的内容写入后退出
2. return相当于exit(n)
3. exit退出时调用_exit

进程等待：等待子进程退出：避免产生僵尸进程

		wait(int statu) 等待阻塞任意子进程退出
		waitpid(pid_t pid, int statu, int opt) 等待指定/任意子进程推出，并且可以将默认的阻塞设置为非阻塞

进程等待的必要性：

	子进程退出，如果父进程不管，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，kill -9也无能为力，因为谁都无法杀死一个已经死亡的进程
	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，结果是否正确，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，不关心可以设置为NULL

waitpid方法：

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
返回值：
	当正常退出的时候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，等待任意一个子进程。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。（查看进程是否正常退出）
		WEXITSTATUS(status):若WIFEXITED非0，提取子进程退出码。（查看进程退出码）
	options:
		WNOHANG:若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予等待，若正常退出，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了wait/waitpid，子进程存在且正在运行，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。

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

int main()
{
        pid_t pid;
        if((pid = fork()) == -1)
        {
                perror("fork error:");
                exit(1);
        }

        if(pid == 0)
        {
                sleep(20);
                exit(10);
        }
        else
        {
                int st;
                int ret = wait(&st);
                if(ret > 0 && (st & 0x7F) == 0)
                {
                        printf("child exit code: %d\n", (st>>8)&0xFF);
                }
                else if(ret > 0)
                {
                        printf("sig code: %d\n", st&0x7F);
                }
        }
        return 0;
}                      

程序替换：替换进程所运行的程序（更改虚拟地址空间中代码所映射的内存区域）
为了让子进程不干跟父进程相同的事情

		exec函数族：
		使用方法：
		execl(/bin/ls,ls,-a,-l,-i,NULL);
		execlp(ls,-a,NULL);
		execle(/bin/ls,ls,-a,NULL,env);
		execv(/bin/ls,argv);
		execvp(/bin/ls,argv,env);

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，不在返回。
	如果调用出错则返回-1
	所以exec函数只有出错返回值，没有成功返回值

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

exec调用：

#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);

        // 带v的，使用argv进行传参
        execv("/bin/ps", argv);

        execvp("ps", argv);
        
        execve("/bin/ps", argv, envp);

        exit(0);
}

事实上只有execve是真正的系统调用，其他5个函数最终都调用execve，所以execve在man手册第二节，其他函数在man手册第3节。

学习完本节知识就可以制作一个简易的shell了

	shell的过程：
		1. 获取命令行
		2. 解析命令行
		3. 建立一个子进程(fork)
		4. 替换子进程(execvp)
		5. 父进程等待子进程退出(wait)

在后面会实现这个shell，并加以解析。