Linux：浅析进程（三）

进程创建

fork函数

在Linux中fork非常重要，它可以在一个进程中创建一个新的进程，新的进程为之前进程的子进程，之前的进程称为父进程。当调用fork函数之后，它的返回值有两个，对父进程返回子进程的pid，对子进程返回0，如果调用失败会返回-1。

当进程调用fork以后，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，调度器开始调度

当一个进程调用fork之后，就产生两个二进制代码完全相同的进程，它们所运行的方向也是相同的。但是每个进程都只运行属于自己的代码块。
注意：在fork之前，父进程单独执行其代码，而fork之后，父进程与子进程共同执行接下来的代码，并且这时候先运行出来的先后顺序由调度器调度决定。

写时拷贝

当fork之后创建子进程之后，父子进程共享代码块，其数据起初也是共享的，它们通过其进程控制块（PCB）内的虚拟地址空间通过页表映射到物理内存上的位置也是一样的，当父子之间任意一个写入或修改数据，便以写时拷贝的方式各自拥有数据的一份副本，也就是在这个时候，其对应物理内存上的位置发生了变化。

fork调用失败的原因

• 系统中有太多的进程
• 实际用户的进程超过了限制

vfork函数

vfork函数也是常常用来创建进程的函数，它跟fork函数一样，创建一个子进程，但是fork函数中子进程拥有自己的独立地址空间，而vfork中，父进程与子进程共享地址空间，且vfork后必须保证子进程先进行运行，在子进程调用exec或exit之后，父进程才可以被调度运行。

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

int value = 100;

int main()
{
    int pid = 0;

    pid = vfork();

    if(pid == -1)
    {
        perror("fork"),exit(1);
    }
    if(pid == 0)
    {
        value = 200;
        sleep(3);
        printf("child value = %d\n",value);
        exit(1);
    }
    else
    {
        printf("father value = %d\n",value);
    }

    return 0;
}

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进程终止

进程退出情况

一个程序加载到内存里运行，那么它就变成了进程。我们平常所写的代码也是一样，那么我们平常代码运行之后会有哪几种情况呢？
听过一个段子。
将进程退出场景分成三类，一类如同司马懿，寿终正寝，并且大业已成。一类如同诸葛亮，鞠躬尽瘁死而后已，但无奈星落五丈原，大业未成。最后一类如周瑜，雄姿英发羽扇纶巾，怎奈早早毙命。如同进程的三类，进程跑完结果正确，如同司马懿；进程跑完结果错误，如同诸葛亮；进程跑着跑着挂掉了，如同周瑜。这样子说来是不是很好理解了呢。

进程常见退出方法

正常退出

1. 从main返回
2. 调用exit
3. _exit

异常终止

• 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

status虽然是一个int整形，但是它仅有低八位可以被父进程所用。所有_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，但是在调用之前，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

return退出

return退出是常用的一种退出的方法，执行return n 相当于执行exit(n)，因为调用main函数的时候，函数会将main的返回值作为exit()的参数。

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进程等待

进程等待的必要性

• 子进程如果退出，父进程必须要知道子进程的退出信息，如果不管不顾，直接溜了，那么子进程会变成僵尸进程，从而造成内存泄漏
• 另外，进程一旦变成了僵尸进程，那么就某该（无解），就是使用 kill -9 也无能为力，谁也没有办法杀死一个死去的进程
• 最后，父进程派发给子进程的任务完成的如何，我们也需要知道。
• 所以父进程通过进程等待的方式，回收子进程的资源，获取其退出信息

进程等待的方法

waid方法

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait/h>

pid_t wait(int* status);

wait函数返回值：若成功返回等待进程的pid，失败返回-1
参数：输出型参数，获取子进程退出状态，不关心则可以设置为NULL

waitpid方法

pid_t waitpid(pdt_t pid, int* status, int options)

参数：
pid：如果pid=-1，等待任意一个子进程，相当于wait，如果pid>0,等待其进程ID与pid相等的子进程。
status：
WIFEXITED（status）：如果为正常终止的子进程返回的状态，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。（查看进程退出码）
options：
WNOHANG：若pid指定的子进程没有结束，则waitpid（）函数返回值为0，不予以等待。若正常结束，则返回该子进程的ID。

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以收集，则返回0
如果调用出错，返回-1，这时候errno会被设置成相应的值以指示错误所在

获取子进程status

• wait和waitpid，都有一个status参数，这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返回给父进程
• status不能简单的当做整形来看待，可以当做位图来看待。如下图
  

进程等待分类

进程等待主要分为：阻塞等待与非阻塞等待，阻塞等待相当于排队等待，一直等到子进程结束才完毕，而非阻塞等待，又可以称作轮询等待，所谓轮询，即不停的询问，直至进程结束。

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