【Linux學習筆記】進程的fork創建 exit終止 wait等待

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前言

哈嘍，各位小伙伴大家好!上期我們講了環境變量今天我們講的是【Linux學習筆記】進程的fork創建 exit終止 wait等待。話不多說，我們進入正題！向大廠沖鋒！

1.進程創建

1.1 fork函數初識

在linux中fork函數是非常重要的函數，它從已存在進程中創建一個新進程。新進程為子進程，而原進程為父進程。

 #include <unistd.h>pid_t fork(void);
//返回值：?進程中返回0，?進程返回?進程id，出錯返回-1

進程調用fork，當控制轉移到內核中的fork代碼后，內核做：

• 分配新的內存塊和內核數據結構給子進程
• 將父進程部分數據結構內容拷貝至子進程
• 添加子進程到系統進程列表當中
• fork返回， 開始調度器調度

當一個進程調用fork之后，就有兩個二進制代碼相同的進程。而且它們都運行到相同的地方。但每個進程都將可以開始它們自己的旅程，看如下程序。

 int main( void ){pid_t pid;printf("Before: pid is %d\n", getpid());if ( (pid=fork()) == -1 )perror("fork()"),exit(1);printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);sleep(1);return 0;}        
運?結果：
[root@localhost linux]# ./a.outBefore: pid is 43676After:pid is 43676, fork return 43677After:pid is 43677, fork return 0

這里看到了三行輸出，一行before，兩行after。進程43676先打印before消息，然后它有打印after。另一個after消息有43677打印的。注意到進程43677沒有打印before，為什么呢？如下圖所示

所以，fork之前父進程獨立執行，fork之后，父子兩個執行流分別執行。注意，fork之后，誰先執行完全由調度器決定。

1.2fork函數返回值

• 子進程返回0，
• 父進程返回的是子進程的pid。

1.3寫時拷貝

通常，父子代碼共享，父子再不寫入時，數據也是共享的，當任意一方試圖寫入，便以寫時拷貝的方式各自一份副本。具體見下圖：

因為有寫時拷貝技術的存在，所以父子進程得以徹底分離離！完成了進程獨立性的技術保證！寫時拷貝，是一種延時申請技術，可以提高整機內存的使用率

1.4 fork常規用法

• 一個父進程希望復制自己，使父子進程同時執行不同的代碼段。例如，父進程等待客戶端請求，生成子進程來處理請求。
• 一個進程要執行一個不同的程序。例如子進程從fork返回后，調用exec函數。

1.5fork調用失敗的原因

• 系統中有太多的進程
• 實際用戶的進程數超過了限制

2. 進程終止

進程終止的本質是釋放系統資源，就是釋放進程申請的相關內核數據結構和對應的數據和代碼。

2.1進程退出場景

• 代碼運行完畢，結果正確
• 代碼運行完畢，結果不正確
• 代碼異常終止

2.2進程常見退出方法

正常終止（可以通過echo$？查看進程退出碼）：

1. 從main返回
2. 調用exit
3. _exit

異常退出：

• ctrl+c，信號終止

2.2.1退出碼

退出碼（退出狀態）可以告訴我們最后一次執行的命令的狀態。在命令結束以后，我們可以知道命令是成功完成的還是以錯誤結束的。其基本思想是，程序返回退出代碼時表示執行成功，沒有問題。代碼1或以外的任何代碼都被視為不成功。

Linux Shell中的主要退出碼：

退出碼	解釋
0	命令成功執行
1	通用錯誤代碼
2	命令（或參數）使用不當
126	權限被拒絕（或）無法執行
127	未找到命令，或 PATH 錯誤
128+n	命令被信號從外部終止，或遇到致命錯誤
130	通過 Ctrl+C 或 SIGINT 終止（終止代碼 2 或鍵盤中斷）
143	通過 SIGTERM 終止（默認終止）
255/*	退出碼超過了 0-255 的范圍，因此重新計算（LCTT 譯注：超過 255 后，用退出取模）

• 退出碼表示命令執行無誤，這是完成命令的理想狀態。

• 退出碼1我們也可以將其解釋為“不被允許的操作”。例如在沒有sudo權限的情況下

• 使用yum;再例如除以等操作也會返回錯誤碼，對應的命令為let a=1/0

• 130(SIGINT或^C）和143（SIGTERM）等終止信號是非常典型的，它們屬于 128+n信號，其中n代表終止碼。

• 可以使用strerror函數來獲取退出碼對應的描述。

2.3.2 _exit函數

#include <unistd.h>void _exit(int status);
//參數：status 定義了進程的終?狀態，?進程通過wait來獲取該值

• 說明：雖然status是int，但是僅有低8位可以被父進程所用。所以_exit(-1)時，在終端執行$?發現返回值是255。

2.3.3 exit函數

#include <unistd.h>void exit(int status);

exit最后也會調用_exit，但在調用_exit之前，還做了其他工作：

1. 執行用戶通過atexit或on_exit定義的清理函數。
2. 關閉所有打開的流，所有的緩存數據均被寫入
3. 調用_exit

 int main(){printf("hello");exit(0);}
運?結果
:[root@localhost linux]# ./a.outhello[root@localhost linux]#int main(){printf("hello");_exit(0);}
運?結果
:[root@localhost linux]# ./a.out[root@localhost linux]# 

2.3.4 return退出

return是一種更常見的退出進程方法。執行returnn等同于執行exit(n),因為調用main
的運行時函數會將main的返回值當做exit的參數。

3. 進程等待

3.1進程等待必要性

• 之前講過，子進程退出，父進程如果不管不顧，就可能造成‘僵尸進程’的問題，進而造成內存泄漏。
• 另外，進程一旦變成僵尸狀態，那就刀槍不入，“殺人不眨眼”的kill-9也無能為力，因為誰也沒有辦法殺死一個已經死去的進程。
• 最后，父進程派給子進程的任務完成的如何，我們需要知道。如，子進程運行完成，結果對還是不對，或者是否正常退出。
• 父進程通過進程等待的方式，回收子進程資源，獲取子進程退出信息

3.2進程等待的方法

3.2.1wait方法

#include<sys/types.h>#include<sys/wait.h>pid_t wait(int* status);
返回值：成功返回被等待進程pid，失敗返回-1
參數：輸出型參數，獲取?進程退出狀態,不關?則可以設置成為NULL

3.2.2 waitpid方法

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);返回值：
當正常返回的時候waitpid返回收集到的子進程的進程ID；
如果設置了選項WNOHANG,而調用中waitpid發現沒有已退出的子進程可收集，則返回0；
如果調用中出錯，則返回-1,這時errno會被設置成相應的值以指示錯誤所在；參數：
pid:Pid=-1,等待任一個子進程。與wait等效。Pid>0.等待其進程ID與pid相等的子進程。
status：輸出型參數WIFEXITED(status)：若為正常終止子進程返回的狀態，則為真。（查看進程是否是正常退出）WEXITSTATUS(status)：若WIFEXITED非零，提取子進程退出碼。（查看進程的退出碼）
options:默認為0，表示阻塞等待WNOHANG：若pid指定的子進程沒有結束，則waitpid()函數返回0，不予以等待。若正常結束，則返回該子進程的ID。

• 如果子進程已經退出，調用wait/waitpid時，wait/waitpid會立即返回，并且釋放資源，獲得子進程退出信息。
• 如果在任意時刻調用wait/waitpid，子進程存在且正常運行，則進程可能阻塞。
• 如果不存在該子進程，則立即出錯返回。

3.2.3 獲取子進程status

• wait和waitpid，都有一個status參數，該參數是一個輸出型參數，由操作系統填充。
• 如果傳遞NULL，表示不關心子進程的退出狀態信息。
• 否則，操作系統會根據該參數，將子進程的退出信息反饋給父進程。
• status不能簡單的當作整形來看待，可以當作位圖來看待，具體細節如下圖（只研究status低16比特位）

#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>int main( void )
{pid_t pid;if ( (pid=fork()) == -1 )perror("fork"),exit(1);if ( pid == 0 ){sleep(20);exit(10);} else {int st;int ret = wait(&st);if ( ret > 0 && ( st & 0X7F ) == 0 ){ // 正常退出printf("child exit code:%d\n", (st>>8)&0XFF);} else if( ret > 0 ){ // 異常退出printf("sig code : %d\n", st&0X7F );}}
}
測試結果：
# ./a.out #
等20秒退出
child exit code:10 
# ./a.out #
在其他終端
kill掉
sig code : 9

3.2.4阻塞與非阻塞等待

• 進程的阻塞等待方式：

int main()
{pid_t pid;pid = fork();if(pid < 0){printf("%s fork error\n",__FUNCTION__);return 1;} else if( pid == 0 ){ //childprintf("child is run, pid is : %d\n",getpid());sleep(5);exit(257);} else{int status = 0;pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0); //阻塞式等待，等待5Sprintf("this is test for wait\n");if( WIFEXITED(status) && ret == pid ){printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\n",WEXITSTATUS(status));}else{printf("wait child failed, return.\n");return 1;}}return 0;
}
運?結果:[root@localhost linux]# ./a.outchild is run, pid is : 45110this is test for waitwait child 5s success, child return code is :1.

• 進程的非阻塞等待方式：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <vector>typedef void (*handler_t)();  // 函數指針類型
std::vector<handler_t> handlers;  // 函數指針數組void fun_one() {printf("這是一個臨時任務1\n");
}void fun_two() {printf("這是一個臨時任務2\n");
}void Load() {handlers.push_back(fun_one);handlers.push_back(fun_two);
}void handler() {if (handlers.empty())Load();for (auto iter : handlers)iter();
}int main() {pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0) {printf("%s fork error\n", __FUNCTION__);return 1;} else if (pid == 0) {  // childprintf("child is run, pid is : %d\n", getpid());sleep(5);exit(1);} else {int status = 0;pid_t ret = 0;do {ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG);  // 非阻塞式等待if (ret == 0) {printf("child is running\n");}handler();} while (ret == 0);if ((WIFEXITED(status)) && ret == pid) {printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\n", WEXITSTATUS(status));} else {printf("wait child failed, return.\n");return 1;}}return 0;
}

后言

這就是進程的fork創建 exit終止 wait等待。大家自己好好消化！今天就分享到這！ 感謝各位的耐心垂閱！咱們下期見！拜拜~