【Linux从入门到放弃】探究进程如何退出以进程等待的前因后果

🧑‍💻作者： @情话0.0
📝专栏：《Linux从入门到放弃》
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前言

之前的几篇博客已经是对进程的相关概念做了详细了解，现阶段对进程的定义为内核数据结构加上该进程对应的代码和数据，操作系统对进程通过先描述再组织的方式做管理。有了这些预备知识，接下来就是要学习如何控制进程，也就是在操作上该怎么做。

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一、进程创建

1.1 fork函数

  关于fork函数的知识，此篇博客有详细介绍：进程创建

进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：

1. 分配新的内存块和内核数据结构给子进程
2. 将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
3. 添加子进程到系统进程列表当中
4. fork返回，开始调度器调度

在调用fork函数之后，系统会将父进程的代码拷贝一份给子进程，同时会有两个执行流分别执行父进程和子进程，要注意的是子进程不会去执行fork之前的代码。

1.2 写时拷贝

  父子进程代码共享，父子再不写入时，数据也是共享的，当任意一方试图写入，便以写时拷贝的方式各自一份副本。具体见下图:

在修改内容之前，父子进程的在物理内存页的数据、代码指向同一块位置，如子进程对数据进行修改，，那么此时就会发生写时拷贝，在物理内存页重新开辟一块空间将修改后的数据存入其中。
因为在操作系统是不允许空间的浪费，所以不会将父进程的所有代码数据都在物理内存中重新拷贝一份，而是通过写时拷贝的方式在子进程需要使用(修改)数据的时候才会重新开辟空间，它是一种按需申请资源的策略。

1.3 fork常规用法

1. 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。
2. 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。

1.4 fork调用失败的原因

1. 系统中有太多的进程
2. 实际用户的进程数超过了限制

二、进程退出

2.1 进程退出场景

a. 正常运行完毕（1. 结果正确  2. 结果不正确）
b. 崩溃了(进程异常)  崩溃的本质：进程因为某些原因，导致进程收到了来自操作系统的信号(kill -9)

2.1.1 查看退出码

我们一般在写C语言程序都会在main函数结束时返回 0，这个0代表着该进程的退出码，在linux中，可通过这样的指令查看进程的退出码：echo $?。看下面代码：

int add_to_top(int num)
{
   
  	int sum=0;
  	for(int i=1;i<=num;i++)
  	{
   
    	sum+=i;
  	}
  	return sum;
}

int main()
{
   
   	int ret=add_to_top(100);
  	if(ret==5050)
    	return 1;
  	else 
    	return 0;
}

上面的代码要实现的功能：从1加到100，若和为5050，则返回1，否则返回0。通过下图可以看到该进程的退出码为1，表示结果正确。但是奇怪的是，后两次的查看退出码都为了0，这是因为该指令只会保留最近一次执行的进程的退出码！后两次代表着该条指令执行后的退出码。

2.1.2 退出码的含义

我们看到的退出码都是数字，对于程序员来说，我们可能知道一些退出码所代表的含义，但是对于一般人来说看到这些数字并不了解所蕴含的意义。所以对于一般人来说，如果你只给他退出码是没有价值，因为他并不知道这些退出码代表的含义。关于退出码的含义我们可以自定义，下面看一下C语言所提供的退出码的含义。

int main()
{
   
  	for(int i=0;i<200;i++)
  	{
   
    	printf("%d:%s\n",i,strerror(i));
  	}
  	return 0;
}

这只是前二十个，后面还有更多。当然这是在linux操作系统下，在windows下所提供的退出码含义是不同的。

2.2 如何理解进程退出？

关于进程的退出，可以理解的是操作系统内少了一个进程，操作系统要释放进程对应的内核数据结构+代码和数据。

2.3 进程退出的方式

1. main函数return。而其他函数的return仅仅代表该函数的返回。对于这种方式来说，进程执行本质是main执行流执行，当main函数执行完时代表着进程也就结束了。
2. exit函数退出。exit函数所包含的数字为该进程的退出码，在函数任意位置调用直接使进程退出。
3. _exit函数退出。直观感觉上和exit的功能是一样的，但是在一些细节是不一样的。exit函数在退出的时候会自动刷新缓冲区，而_exit函数不会刷新缓冲区。它们两个的关