Linux---系统编程阶段-------（进程控制）

进程创建

1.进程创建函数：
①：pit_t fork(void);
其中pit_t实际上为int类型，返回的是子进程的id。
其头文件为：#include<unistd.h>
主要作用是在已经运行的进程里面创建一个进程。原来的进程称为父进程，新建的进程称为子进程。
并且，自身的返回值为0，给父进程返回值大于0，出错返回-1。
②：进程调用fork后，当控制转移到内核终的fork代码后，内核做以下事情：

• 分配新的内存块和内存数据结构给子进程
• 将父进程部分数据结构内容拷贝给子进程
• 添加子进程到系统进程列表中
• fork返回，开始调度器调度

③：当一个进程调用fork之后，就会有两个二进制代码相同的进程。而他们都运行到相同的地方，但是每个进程都可以干他们可以独自干的事情。
例如下面代码：

执行结果如下：

这里一共输出了三行，但是我们在程序中只看到了两行，所以我们可以看出来，在使用了fork函数之后我们才创建了一个新的进程，这两个进程分布执行了最后的两行。
其中getpid() //是返回正在调度进程的id号 pid //表示返回其父进程的id号。
2.进程创建之后的数据如何保管：
①：首先我们看如下代码：

它的执行结果如下：

我们可以得到的是，父进程和子进程所保留的gval是同一个地址，这是没有问题的，但是当我们将子进程中的gval进行修改，那么结果如何呢？
请看如下代码：

其执行结果如下：

我们看到，子进程和父进程中的gval值不同，但是地址相同，造成这样的原因是因为父进程创建子进程的时候，直接将父进程中的数据进行复制的同时，将父进程中保存数据的虚拟地址也进行了相同的复制，所以出现了地址相同的原因，而值不同是因为在子进程中，对gval进行了修改，所以在子进程的虚拟地址所指向的物理地址的位置发生了改变（但是虚拟地址的位置还是没变），所以才造成了这样的结果。如下图：

情况就如图这样一样。
但是为什么会造成这样的结果呢？正是因为有写时拷贝技术的存在。
②：写时拷贝技术
由上面的情况可以看出来，父进程和子进程的数据应该是独有的，各有各的数据，否则会相互影响。
缺点：由于创建子进程后，系统会给子进程重新开辟空间，把父进程那些数据拷贝过去，这样才能保证每个进程自己有自己的数据，但是如果拷贝过来的子进程不适用这些数据，那么开辟的空间必然会得到浪费。
改善：由于上面的缺点，所以为了独立，又为了提高效率，避免资源的浪费，因此才有了写时拷贝技术。
写时拷贝技术：刚创建出来的子进程，让子进程和父进程同时指向同一个物理内存，但是如果子进程或者父进程中有数据即将改变的时候，这时，我们针对这个要改变的内存重新开辟空间，将数据拷贝过去，并更改其父子进程中虚拟地址的指向即可。
3.pid_t vfork(void)函数
①功能：通过复制父进程来创建一个新的进程，但是父子进程公用同一块物理内存。
②特性：vfork创建子进程后，父进程会发生堵塞，会一直等到子进程退出或者替换之后然后再进行运行。
原因如下：

• 因为父子进程公用同一块物理内存，所以数据是共享的。
• 任意一个进程对原始数据的修改都会影响到另一个进程。
• 通用一个栈，因此函数调用都是压的都是同一个栈，同时运行会造成栈混乱，数据造成影响。

因此让一个进程先运行，其运行结束后再让另一个进程运行即可。

进程终止

1.如何终止一个程序，我们一共有三个方法：分别是如下三种：

• 在main函数中的return (只有在main函数中才是退出程序进行)
• 库函数：void exit(int retval)可以在任意位置调用，退出程序的运行，头文件是#include<stdlib.h>
• 系统调用接口：void _exit(int status)可以在任意位置调用，退出程序的运行，头文件是：#include<unistd.h>

2.return 方法是我们最常用的一种方法，而上面的exit和_exit名字很相似，一个是库函数，一个是系统调用接口，但是他们干的事情是不一样的，我们可以通过如下代码来得出结论。
首先，我们必须知道的是：库函数于系统调用接口的关系是：库函数封装了系统的调用接口，证明库函数exit的使用会调用_exit函数，但是在调用之前，还是会干其他的事情，来看如下代码：
首先我们用exit进行演示:

执行结果如下：

我们看到结果很正常，和我们使用return的情况相同。
接下来我们使用_exit进行演示：

执行结果如下：

这时，我们发现出现问题了，我们想要打印的数据没有打印出来。
经过上述的比较，我们可以看出来exit和_exit的不同之处就是刷没刷新缓冲区，而缓冲区是什么呢？
缓冲区：作为中间数据缓冲，可以将多个小数据积累成一个大数据一次操作完成。
缓冲区出现的原因：如果每次打印都要操作一次显示器设备，如果有大量的小数据要进行处理打印或者写入文件，意味着每次写入都要操作设备，那么这样的效率很低。
所以：
①：对于exit函数和main函数中的return，他们在运行结束之后会刷新缓冲区，将还没有写入文件的数据写入到文件中。
②：_exit函数没有刷新缓冲区，而是直接退出，这样操作的结果会有可能造成资源泄漏。
并且：标准输出设备有一个特性：那就是换行会刷新缓冲区。
（但是这个特性只适用于标准输出设备中）
③：return和两个exit的参数status作用为：设置进程退出码
而退出码的设定最好设定在：0~255间，因为退出码只保存底8位，解释我们会在进程等待中进行。
echo $?：显示上个函数运行完后的退出码。
特例：获取上一次系统调用出错的原因，就是查看上一步调用接口失败的原因。

void perror(const  char* str);

进程等待

1.主要的原因：等待子进程的退出，获取子进程的退出码，释放子进程的资源。避免子进程成为僵尸进程。
2.操作：
系统给了两个函数去让我们进行进程等待去等待子进程的退出，分别如下：
①wait方法：pid_t wait(int* status)
头文件为：#include<sys/wait.h>

• 功能：阻塞等待任意一个子进程退出。（意思是，只要有任何一个子进程还没有退出，他就会堵塞进程并且一直等着，真好，哈哈哈哈哈）
• 参数：int *status：一个int整形空间的地址，用来存放子进程的退出码。（如果不关心的话可以设置为NULL）
• 返回值：成功返回处理子进程的pid，失败则返回-1。
• 阻塞等待：为了完成一个功能，我们发起一个调用，如果功能不能完成那么就一直等待。

使用方法如下：

程序结果如下：

②：waitpid方法：int waitpid(pid_t pid,int* status,int option)
头文件为：#include<sys/wait.h>

• 功能：也是等待子进程退出，但是可以等待指定的子进程，也可以进程非阻塞等待。
• 参数：①：pid_t pid：用于指定需要等待的子进程的pid。（如果设置为-1，那就指定任意子进程）；②：int *status：整形空间地址用来存放子进程的退出码；③：int option：设置堵塞标志。（其中，设置为0表示阻塞等待，设置为WNOHANG表示非阻塞等待）
• 返回值：①：大于0：表示处理进程的pid；②：等于0：表示当前没有子进程退出（这种情况只出现在非阻塞等待中）；③：小于0：表示出现错误。
• 非阻塞等待：为了完成一个功能，我们发起来了一个调用，如果不能立即完成任务，那么就直接报错返回。

使用方法如下：

程序运行的结果如下：

注意的是：wait和waitpid并不是处理刚好退出的子进程，而是只要有子进程退出，或者已经有子进程成为僵尸进程了都会去处理，意思是，如果已经有子进程退出了，它俩就会直接去处理然后返回。

3.退出码的表示及获取：
①：上面的程序我们发现我们对退出码的操作会有右移然后再进行操作，这是因为退出码的结构是这样的:

其中：

• coredump：为核心转储，表示程序异常退出前，将自己的信息保存在此处，便于到时候调试。
• 进程退出的场景：正常退出：遇到（return，exit，_exit）；异常退出：没有运行到正常位置就崩溃了。
• 进程的退出码在进程正常退出的时候才有意义，在异常退出的时候没有意义，所以我们要在获取退出码之前做出判断，程序是否退出正常。

②：程序崩溃的本质：程序在运行的过程中出错，都是内核检测到的，当运行出现异常的时候，系统检测到会给进程一个异常的信号，进程接收到这个信号就不会在继续运行，而是退出。（只有进程的信号值为0的时候，表示程序正常退出，否则就异常退出）
③：获取退出码：
由于上面的图示，所以：

• status & 0X7F：表示获取异常退出的信号值。
• (status >> 8) & 0XFF：获取退出码。

进程间程序替换

1.原理：用fork创建出来的子进程往往和父进程做的是同一件事，而子进程需要调用一个exec函数来执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新的程序替换，从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程,所以调用exec前后该进程的id并未改变。
2.exec函数：
系统一共给力exec函数有六种，分别如下：

• int execl(const char *path,const char* argv,...)
• int execlp(consr char* filename,const char* argv,...)
• int esecle(const char* path,const char* argv,...,char* const env[])
• int execv(const char* path,char* const argv[])
• int exevp(const char* filename,char* const argv[])
• int execve(const char* filename,char* const argv[],char* const env[])
• 他们的头文件统一为：unistd.h。

3.函数解释:

• 这些函数只要调用成功，则就加载新的函数，从启动位置开始，不再返回。
• 如果调用错误，返回-1。
• 所以exec函数只有出错的返回值，没有成功的返回值。

4.函数的命名理解：

• l ：表示采用参数列表。
• v：表示采用数组。
• p：表示采用自动的路径。
• e：表示自己设置环境变量。

但是使用这些函数的时候，参数的设置末尾必须是NULL。
5.关于声明与定义:
①：声明：格式为：extern +数据类型+变量。
用法：声明一个变量，前提是这个变量已经被定义出来了，不用给其开辟空间。（就是早已存在这个变量
②：定义：格式为：数据类型+变量。
用法：变量原来不存在，需要开辟空间。

制造一个简单的shell

通过上面的函数，我们设置一个简单的shell，如下：

结果如下：