【Linux】Linux进程控制

1. 学习进程创建, 等待, 终止. 使用代码实现. 

（1）进程创建

进程创建有两种方式，一种是使用fork()函数，另一种是使用vfork()函数

下来对这两个函数进行逐一介绍：

fork函数介绍：

在linux中fork()函数是一种非常重要的函数，它从已有的函数中创建一个新的进程。新进程为子进程，而原进程为父进程。

函数原型：

#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。而且它们都运行到相同的地方，但每个进程都将拥有它们自己的旅程：

fork函数调用前后进程执行情况：

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。

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越了限制

fork函数测试代码：

运行结果:

vfork函数

vfork函数的功能也是用来创建进程的，但是

vfork用来创建一个子进程，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运行。

vfork函数使用程序：

运行结果：

（2）进程终止

进程退出场景有三种：

【1】代码跑完了，结果正确

【2】代码跑完了结果不正确

【3】代码没跑完，异常退出

进程常见退出方法:

接下来对正常退出的几种函数进行介绍：

【1】_exit函数

函数原型：

#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，但是仅有低八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

【2】exit函数

函数原型：

#include<unistd.h>

void exit(int status);

exit函数最后也会调用_exit函数，只是在调用_exit函数之前，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

【3】return退出

这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函数的参数。

exit函数使用程序：

运行结果：

_exit函数使用程序：

运行结果：

（3）进程等待

进程等待的必要性：

【1】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。

【2】进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，杀人不眨眼的kill -9页无能为力，因为谁也没办法杀死一个已经死去的进程

【3】父进程派给子进程的任务完成的怎么样我们需要知道

【4】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

进程等待的方法一共有两种：wait，waitpid

【1】wait方法

函数原型：

#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

【2】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会立刻返回，并且释放资源，获得子进程的退出信息

如果在任意时刻用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。

【3】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。

如果传送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返回给父进程。

status不能简单的当成整型来看待，可以当做位图来看待，具体细节如下图所示

测试代码：

 

运行结果：

2. 编写自主shell. 

运行结果：

3. 封装fork/wait等操作, 编写函数 process_create(pid_t* pid, void* func, void* arg), func回调函数就是子进程执行的入口函数, arg是传递给func回调函数的参数. 

运行结果：

4. 调研popen/system, 理解这两个函数和fork的区别. 

在man手册上，popen的函数原型是：

#include<stdio.h>

FILE* popen(const char* command, const char* type);

函数功能：popen()会调用fork()产生子进程，然后从子进程中调用/bin/sh -c来执行参数command的指令。这个进程必须由 pclose 关闭。

command参数： 
command 参数 是 一个 字符串指针, 指向的是一个 以 null 结束符 结尾的字符串, 这个字符串包含 一个 shell 命令. 这个命令 被送到 /bin/sh 以 -c 参数 执行, 即由 shell 来执行.

type 参数 也是 一个 指向 以 null 结束符结尾的 字符串的指针 
参数type可使用“r”代表读取，“w”代表写入。 
依照此type值,popen()会建立管道连到子进程的标准输出设备或标准输入设备，然后返回一个文件指针。 
随后进程便可利用此文件指针来读取子进程的输出设备或是写入到子进程的标准输入设备中。 
返回值： 
若成功则返回文件指针，否则返回NULL，错误原因存于errno中

在man手册上system的函数原型是：

#include<stdlib.h>

int system(const char* command);

system()会调用fork()产生子进程，由子进程来调用/bin/sh-c string来执行参数string字符串所代表的命令，此命令执行完后随即返回原调用的进程。在调用system()期间SIGCHLD 信号会被暂时搁置，SIGINT和SIGQUIT 信号则会被忽略。 
调用/bin/sh来执行参数指定的命令，/bin/sh 一般是一个软连接，指向某个具体的shell。

实际上system()函数执行了三步操作： 
1.fork一个子进程； 
2.在子进程中调用exec函数去执行command； 
3.在父进程中调用wait去等待子进程结束。 
返回值： 
1>如果 exec 执行成功，即 command 顺利执行，则返回 command 通过 exit 或 return 的返回值。(注意 ：command 顺利执行不代表执行成功，当参数中存在文件时，不论这个文件存不存在，command 都顺利执行) 
2>如果exec执行失败，也即command没有顺利执行，比如被信号中断，或者command命令根本不存在， 返回 127 
3>如果 command 为 NULL， 则 system 返回非 0 值. 
4>对于fork失败，system()函数返回-1。