1进程创建1.1fork函数初识在 linux 中 fork 函数是⾮常重要的函数它从已存在进程中创建⼀个新进程。新进程为⼦进程⽽原进程为⽗进程.#includeunistd.hpid_tfork(void);返回值⼦进程中返回0⽗进程返回⼦进程id出错返回-1为什么要给⼦进程返回0⽗进程返回⼦进程pid?(一个父进程可以有多个子进程)父进程需要拿到子进程的 PID后续用来wait()等待子进程、发送信号kill等操作所以返回子进程 ID。子进程它想知道父进程 PID可以直接调用getppid()获取不需要父进程 ID 作为 fork 返回值用 0 标记 “我是子进程” 即可。约定0 不是合法进程 ID用来区分分支。为甚⼀个函数fork会有两个返回值(涉及写时拷贝)重点不是一次函数返回两个值而是 fork 调用之后直接变出两个独立进程各自返回一次调用fork()时内核会复制当前父进程创建子进程早期是全拷贝现在是写时拷贝 COW。fork在父进程里 return 一次返回子 pid在新诞生的子进程里再 return 一次返回 0。为什么⼀个id即等于0⼜⼤于0⚠️不是同一个变量是两份完全独立的内存fork 之前只有父进程内存里有变量idfork 发生后产生子进程子进程拥有父进程内存副本写时拷贝父进程继续执行把返回的子 pid 赋值给父进程内存里的id→id0子进程是新进程把子进程的返回值 0 赋值给子进程自己内存里的id→id0两个进程有各自独立的地址空间两个id只是名字相同不在同一块内存互不干扰。1.2 fork函数的返回值• ⼦进程返回0• ⽗进程返回的是⼦进程的pid1.3 写时拷贝通常⽗⼦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⻉的⽅式各⾃⼀份副本。因为有写时拷⻉技术的存在,所以⽗⼦进程得以彻底分离离完成了进程独⽴性的技术保证写时拷⻉,是⼀种延时申请技术,可以提⾼整机内存的使⽤率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。例如⽗进程等待客⼾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• 实际⽤⼾的进程数超过了限制2进程终止进程终⽌的本质是释放系统资源就是释放进程申请的相关内核数据结构和对应的数据和代码。2.1进程退出场景• 代码运⾏完毕结果正确代码跑完(代码运行期间,没有收到信号) return 0或者说(signumber:0 退出码:0)• 代码运行完毕结果不正确signumber:0 退出码!0• 代码异常终⽌signumber:!0 退出码无意义(被信号中止了)进程执行的结果状态,可以用两个数字表示:int sig,int exit_code(用户不需要维护)因为当一个进程退出的时候,OS会把进程退出的详细信息写入到进程的task_struct结构体中,所以进程退出需要僵尸维持自己的退出状态.你怎么知道你的结果是否正确?2.2进程常见退出方法正常终⽌可以通过 echo $ 查看进程退出码main函数return在任意地方调⽤exit(非main函数return,函数结束,非main函数exit,进程结束)_exit(与exit对比,exit终止进程,会刷新缓冲区,但是_exit不会)exit 库清理 刷新缓冲区 _exit库函数是系统调用的上层(缓冲区和刷新缓冲区的操作,一定不在内核中)在哪里?C/C维护的return是⼀种更常⻅的退出进程⽅法。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的参数。异常退出ctrl c发送 SIGINT 信号。kill -9 进程pid发送 SIGKILL 信号。其他信号终止。扩展:退出码什么是退出码退出码也叫退出状态。它告诉我们最后一次执行的命令是成功还是失败。基本规则0成功。非 0失败或者被信号终止。在 Shell 中可以用echo$?Linux Shell 常见退出码退出码 解释0 命令成功执行1 通用错误代码2 命令或参数使用不当126 权限被拒绝或无法执行127 未找到命令或 PATH 错误128n 命令被信号从外部终止或遇到致命错误130 通过 CtrlC 或 SIGINT 终止1282143 通过 SIGTERM 终止12815255 退出码超过 0-255 范围重新计算通常是对 256 取模说明130 是 128 2因为 SIGINT 信号编号是 2。143 是 128 15因为 SIGTERM 信号编号是 15。255 常见于 _exit(-1)因为 -1 的低 8 位是 255。可以使用 strerror 函数获取错误码对应的描述。进程创建,退出详见3进程等待详见3.1进程等待必要性?• 之前讲过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。• 另外进程⼀旦变成僵⼫状态那就⼑枪不⼊“杀⼈不眨眼”的kill -9 也⽆能为⼒因为谁也没有办法杀死⼀个已经死去的进程。(不等会有内存泄漏的问题)• 最后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对还是不对或者是否正常退出。(可能父进程要获取子进程的退出信息)• 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(解决方法)3.2进程等待的⽅法3.2.1wait⽅法如果父进程wait子进程,但是子进程就是没有退出,则父进程会阻塞在wait函数中#includesys/types.h#includesys/wait.hpid_twait(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为NULL3.2.2waitpid⽅法获取子进程退出信息,本质要得到子进程退出的两个数字pid_ twaitpid(pid_t pid,int*status,intoptions);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。 Pid0.等待其进程ID与pid相等的⼦进程。 status:输出型参数WIFEXITED(status):若为正常终⽌⼦进程返回的状态则为真。查看进程 是否是正常退出WEXITSTATUS(status):若WIFEXITED⾮零提取⼦进程退出码。查看进程 的退出码 options:默认为0表⽰阻塞等待 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。3.2.3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。• status不能简单的当作整形来看待可以当作位图来看待具体细节如下图只研究status低16⽐特位测试代码1#includesys/wait.h#includestdio.h#includestdlib.h#includestring.h#includeerrno.hintmain(void){pid_t pid;if((pidfork())-1)perror(fork),exit(1);if(pid0){sleep(20);exit(10);}else{intst;intretwait(st);if(ret0(st0X7F)0){// 正常退出printf(child exit code:%d\n,(st8)0XFF);}elseif(ret0){// 异常退出printf(sig code : %d\n,st0X7F);}}}测试结果 #./a.out #等20秒退出 child exit code:10#./a.out #在其他终端kill掉 sig code:93.2.4阻塞与非阻塞等待什么是阻塞什么是非阻塞阻塞 父进程调用 wait / waitpid 后如果条件不满足就挂起自己不继续执行直到条件满足。非阻塞 父进程调用 waitpid 并设置 WNOHANG如果子进程还没退出函数立即返回 0父进程可以继续做别的事过一会儿再来检查。4进程程序替换fork() 之后,⽗⼦各⾃执⾏⽗进程代码的⼀部分如果⼦进程就想执⾏⼀个全新的程序呢进程的程序替换来完成这个功能程序替换是通过特定的接⼝加载磁盘上的⼀个全新的程序(代码和数据)加载到调⽤进程的地址空间中4-1替换原理⽤fork创建⼦进程后执⾏的是和⽗进程相同的程序(但有可能执⾏不同的代码分⽀),⼦进程往往要调⽤⼀种 exec 函数以执⾏另⼀个程序。当进程调⽤⼀种 exec 函数时,该进程的⽤⼾空间代码和数据完全被新程序替换,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。4-2exec函数总结命名规律l、v、p、e这些函数名字看起来容易混但掌握了规律就很好记字母含义说明llist参数采用列表形式一个一个传必须以 NULL 结尾vvector参数用数组指针数组传递即命令行参数表ppath有 p 会自动搜索环境变量 PATH无需写全路径eenv表示自己维护环境变量传入 envp 数组这样看来l和v不可能同时出现程序替换详见 【五】进程控制
1进程创建1.1fork函数初识在 linux 中 fork 函数是⾮常重要的函数它从已存在进程中创建⼀个新进程。新进程为⼦进程⽽原进程为⽗进程.#includeunistd.hpid_tfork(void);返回值⼦进程中返回0⽗进程返回⼦进程id出错返回-1为什么要给⼦进程返回0⽗进程返回⼦进程pid?(一个父进程可以有多个子进程)父进程需要拿到子进程的 PID后续用来wait()等待子进程、发送信号kill等操作所以返回子进程 ID。子进程它想知道父进程 PID可以直接调用getppid()获取不需要父进程 ID 作为 fork 返回值用 0 标记 “我是子进程” 即可。约定0 不是合法进程 ID用来区分分支。为甚⼀个函数fork会有两个返回值(涉及写时拷贝)重点不是一次函数返回两个值而是 fork 调用之后直接变出两个独立进程各自返回一次调用fork()时内核会复制当前父进程创建子进程早期是全拷贝现在是写时拷贝 COW。fork在父进程里 return 一次返回子 pid在新诞生的子进程里再 return 一次返回 0。为什么⼀个id即等于0⼜⼤于0⚠️不是同一个变量是两份完全独立的内存fork 之前只有父进程内存里有变量idfork 发生后产生子进程子进程拥有父进程内存副本写时拷贝父进程继续执行把返回的子 pid 赋值给父进程内存里的id→id0子进程是新进程把子进程的返回值 0 赋值给子进程自己内存里的id→id0两个进程有各自独立的地址空间两个id只是名字相同不在同一块内存互不干扰。1.2 fork函数的返回值• ⼦进程返回0• ⽗进程返回的是⼦进程的pid1.3 写时拷贝通常⽗⼦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⻉的⽅式各⾃⼀份副本。因为有写时拷⻉技术的存在,所以⽗⼦进程得以彻底分离离完成了进程独⽴性的技术保证写时拷⻉,是⼀种延时申请技术,可以提⾼整机内存的使⽤率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。例如⽗进程等待客⼾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• 实际⽤⼾的进程数超过了限制2进程终止进程终⽌的本质是释放系统资源就是释放进程申请的相关内核数据结构和对应的数据和代码。2.1进程退出场景• 代码运⾏完毕结果正确代码跑完(代码运行期间,没有收到信号) return 0或者说(signumber:0 退出码:0)• 代码运行完毕结果不正确signumber:0 退出码!0• 代码异常终⽌signumber:!0 退出码无意义(被信号中止了)进程执行的结果状态,可以用两个数字表示:int sig,int exit_code(用户不需要维护)因为当一个进程退出的时候,OS会把进程退出的详细信息写入到进程的task_struct结构体中,所以进程退出需要僵尸维持自己的退出状态.你怎么知道你的结果是否正确?2.2进程常见退出方法正常终⽌可以通过 echo $ 查看进程退出码main函数return在任意地方调⽤exit(非main函数return,函数结束,非main函数exit,进程结束)_exit(与exit对比,exit终止进程,会刷新缓冲区,但是_exit不会)exit 库清理 刷新缓冲区 _exit库函数是系统调用的上层(缓冲区和刷新缓冲区的操作,一定不在内核中)在哪里?C/C维护的return是⼀种更常⻅的退出进程⽅法。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的参数。异常退出ctrl c发送 SIGINT 信号。kill -9 进程pid发送 SIGKILL 信号。其他信号终止。扩展:退出码什么是退出码退出码也叫退出状态。它告诉我们最后一次执行的命令是成功还是失败。基本规则0成功。非 0失败或者被信号终止。在 Shell 中可以用echo$?Linux Shell 常见退出码退出码 解释0 命令成功执行1 通用错误代码2 命令或参数使用不当126 权限被拒绝或无法执行127 未找到命令或 PATH 错误128n 命令被信号从外部终止或遇到致命错误130 通过 CtrlC 或 SIGINT 终止1282143 通过 SIGTERM 终止12815255 退出码超过 0-255 范围重新计算通常是对 256 取模说明130 是 128 2因为 SIGINT 信号编号是 2。143 是 128 15因为 SIGTERM 信号编号是 15。255 常见于 _exit(-1)因为 -1 的低 8 位是 255。可以使用 strerror 函数获取错误码对应的描述。进程创建,退出详见3进程等待详见3.1进程等待必要性?• 之前讲过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。• 另外进程⼀旦变成僵⼫状态那就⼑枪不⼊“杀⼈不眨眼”的kill -9 也⽆能为⼒因为谁也没有办法杀死⼀个已经死去的进程。(不等会有内存泄漏的问题)• 最后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对还是不对或者是否正常退出。(可能父进程要获取子进程的退出信息)• 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(解决方法)3.2进程等待的⽅法3.2.1wait⽅法如果父进程wait子进程,但是子进程就是没有退出,则父进程会阻塞在wait函数中#includesys/types.h#includesys/wait.hpid_twait(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为NULL3.2.2waitpid⽅法获取子进程退出信息,本质要得到子进程退出的两个数字pid_ twaitpid(pid_t pid,int*status,intoptions);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。 Pid0.等待其进程ID与pid相等的⼦进程。 status:输出型参数WIFEXITED(status):若为正常终⽌⼦进程返回的状态则为真。查看进程 是否是正常退出WEXITSTATUS(status):若WIFEXITED⾮零提取⼦进程退出码。查看进程 的退出码 options:默认为0表⽰阻塞等待 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。3.2.3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。• status不能简单的当作整形来看待可以当作位图来看待具体细节如下图只研究status低16⽐特位测试代码1#includesys/wait.h#includestdio.h#includestdlib.h#includestring.h#includeerrno.hintmain(void){pid_t pid;if((pidfork())-1)perror(fork),exit(1);if(pid0){sleep(20);exit(10);}else{intst;intretwait(st);if(ret0(st0X7F)0){// 正常退出printf(child exit code:%d\n,(st8)0XFF);}elseif(ret0){// 异常退出printf(sig code : %d\n,st0X7F);}}}测试结果 #./a.out #等20秒退出 child exit code:10#./a.out #在其他终端kill掉 sig code:93.2.4阻塞与非阻塞等待什么是阻塞什么是非阻塞阻塞 父进程调用 wait / waitpid 后如果条件不满足就挂起自己不继续执行直到条件满足。非阻塞 父进程调用 waitpid 并设置 WNOHANG如果子进程还没退出函数立即返回 0父进程可以继续做别的事过一会儿再来检查。4进程程序替换fork() 之后,⽗⼦各⾃执⾏⽗进程代码的⼀部分如果⼦进程就想执⾏⼀个全新的程序呢进程的程序替换来完成这个功能程序替换是通过特定的接⼝加载磁盘上的⼀个全新的程序(代码和数据)加载到调⽤进程的地址空间中4-1替换原理⽤fork创建⼦进程后执⾏的是和⽗进程相同的程序(但有可能执⾏不同的代码分⽀),⼦进程往往要调⽤⼀种 exec 函数以执⾏另⼀个程序。当进程调⽤⼀种 exec 函数时,该进程的⽤⼾空间代码和数据完全被新程序替换,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。4-2exec函数总结命名规律l、v、p、e这些函数名字看起来容易混但掌握了规律就很好记字母含义说明llist参数采用列表形式一个一个传必须以 NULL 结尾vvector参数用数组指针数组传递即命令行参数表ppath有 p 会自动搜索环境变量 PATH无需写全路径eenv表示自己维护环境变量传入 envp 数组这样看来l和v不可能同时出现程序替换详见