Linux的进程控制总结

哈哈 阅读:315 2021-05-14 10:29:38 评论:0

一、进程创建
1、初识fork()函数
在Linux中,fork函数是非常重要的函数,它从已存在的进程中创建一个新进程。这样,新进程为子进程,原进程为父进程。
(1)调用fork函数的格式,如下:

#include <unistd.h> 
#include <sys/types.h> 
pid_t fork(void); 
返回值:子进程返回0;父进程返回子进程的PID;出错返回-1

(2)调用fork函数后,内核的工作:
1)分配新的内存块和内核数据结构给子进程。
2)将父进程的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中。
4)fork返回,调度器开始调度。
总之:子进程是父进程的一个副本,将获得父进程的数据段、代码段、用户段、堆、共享库和文件描述符。由于具有相同的文件描述符,所以子进程可以读写父进程中的任何文件。

注意:当一个进程调用fork之后,就有两个二进制代码相同的进程,而且它们都运行到相同的地方,但是每个进程都可以开始它们自己的旅程。也就是说,fork被调用一次,返回两次。看如下程序:

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

运行结果:
这里写图片描述

释:
这里有三行输出,一行before,两行after。进程2785先打印before信息,然后再打印after,另一个after由2786打印。但是,进程2786没有打印before,为什么呢?因为,fork之前,父进程独立执行;fork之后,父子进程两个执行流分别执行。

注意:
fork之后谁先执行,完全由调度器决定。

2、存储方式:写时拷贝
通常,父子进程代码共享,父子进程不再写入时,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存有一份副本。

3、fork常规用法:
(1)一个父进程希望赋值自己,是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。

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。

5、vfork函数
(1)用于创建一个子进程,而子进程和父进程共享地址空间,fork的子进程具有独立的地址空间。
(2)vfork保证子进程先执行,在它调用exec或(exit)之后父进程才可能被调度运行。

【例】

#include<stdio.h> 
#include<stdlib.h> 
 
int glob = 0; 
int main() 
{ 
    pid_t pid; 
    if ((pid=vfork()) == -1)perror("fork"),exit(1); 
    if(pid == 0){
  //child 
      sleep(1); 
      glob = 6; 
      printf("child glod %d\n", glob); 
      exit(0); 
    }else{
  //parent 
       printf("parent glob %d\n", glob); 
    } 
    return 0; 
}

运行结果:
这里写图片描述
释:子进程直接改变了父进程的变量值,因为子进程在父进程的地址空间中运行。

二、进程终止
1、进程退出的情况
(1)代码运行完毕,结果正确;
(2)代码运行完毕,结果错误;
(3)代码异常终止。

2、常见的进程退出方法
(1)正常终止
1)从主函数(main)返回

2)调用_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。 
说明:虽然status是int,但是仅有低8位可以被父进程所利用,所有_exit(-1)时,在终端执行$?发现返回值是255

3)调用exit函数
A、exit函数应用格式:

#include<unistd.h> 
void exit(int status); 
 
B、调用exit前的工作 
a、执行用户定义的atexit或on_exit清理函数。 
b、关闭所有打开的流,所有的缓存数据均被写入。 
c、调用_exit。

其过程如图所示:
这里写图片描述

d、return退出
return是一种更常见的退出进程方法。执行return等同于执行exit(n),因为调用main函数时会将main的返回值当做exit的参数。

(2)异常退出:
Ctrl+c:信号终止

三、回收子进程–进程等待
1、进程等待的必要性:
僵尸子进程即使不运行,也会消耗系统的内存资源。父进程可通过进程等待的方式回收子进程,获取子进程的退出信息,避免造成僵尸进程。

注:如果一个父进程终止了,内核会安排init进程成为它的孤儿进程的养父。init进程的PID为1,是在系统启动时内核创建的,它不会终止,是所有进程的祖先。一旦终止了,系统将关闭。

2、进程等待的方法:
(1)wait方法
工作格式:

#include<sys/types.h> 
#include<sys/wait.h> 
 
pid_t wait(int status);

释:
1)返回值:成功返回被等待的进程pid,失败返回-1。
2)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NULL。

(2)waitpid方法
工作格式:

pid_t waitpid(pid_t pid, int *statusp, int options);

返回值:
1)当正常返回的时候,waitpid返回收集到的子进程的进程id;
2)如果设置了选项WNOHANG,而调用时waitpid发现没有已退出的子进程可收集,则返回0;
3)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:
1)判断等待集合的成员:pid
A、当pid=-1,等待集合由父进程的所有子进程组成,与wait等效。
B、当pid>0,等待集合由一个单独的子进程组成,它的进程ID等于pid。

2)检查已收回子进程的退出状态:status
如果statusp的参数是非空的,那么waitpid就会在status中放上关于导致返回的子进程的状态信息,status是statusp指向的值。wait.h头文件定义了解释status参数的几个宏:
A、WIFEXITED(status):若为正常终止子进程返回的状态,则为真。(查看进程是否正常退出)
B、WEXITSTATUS(status):若WIFEXITED非零,提取子进程退出码。(查看进程的退出码)。

3)修改默认行为:options
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,则返回孩子进程ID。

4)注意:
A、如果子进程已经退出,调用wait/waitpid时,wait/waitpid会立即返回-1,还会设置errno为ECHILD,并且释放资源和获得子进程的退出信息。
B、如果在任意时刻调用wait/waitpid,子进程存在且正常进行,则进程可能阻塞。
C、如果waitpid函数被一个信号中断,那么它会返回-1,并设置errno为EINTR。

(3)获取子进程的状态(status)
wait/waitpid都有一个status参数,该参数是一个输出型参数,有操作系统填充。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不能简单的当作位图来看待,具体细节如下图所示(只研究status低16位比特位):
这里写图片描述
代码如下:
【例】

#include<stdio.h> 
#include<stdlib.h> 
#include<unistd.h> 
#include<errno.h> 
#include<sys/wait.h> 
 
int main() 
{ 
    pid_t pid; 
    if((pid=fork()) == -1) 
       perror("fork"),exit(1); 
 
    if(pid == 0){ 
        sleep(6); 
        exit(3); 
    }else{ 
        int st; 
        int ret = wait(&st); 
 
        if(ret > 0  && ( st & 0x7f ) == 0){
  //exit 
            printf("child exit code:%d\n", (st>>8)&0xff); 
        }else if(ret > 0){ 
            printf("sig code : %d\n", st&0x7f); 
        } 
    } 
}

运行结果:

[hongji@localhost 11_20]$ ./a.out 
child exit code:3 
[hongji@localhost 11_20]$ 

3、具体代码实现
【例1】进程的阻塞等待方式

#include<stdio.h> 
#include<stdlib.h> 
#include<unistd.h> 
#include<errno.h> 
#include<sys/wait.h> 
 
int main() 
{ 
    pid_t pid; 
    pid = fork(); 
    if(pid < 0){ 
        printf("%s fork error\n", __FUNCTION__); 
        return 1; 
    }else if(pid == 0){
  //child 
        printf("child is run, pid is : %d\n", getpid()); 
        sleep(6); 
        exit(257); 
    }else{ 
        int status = 0; 
        pid_t ret = waitpid( -1, &status, 0);//block wait 5s 
        printf("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; 
}

运行结果:
这里写图片描述

【例2】进程非阻塞方式
“`
1 #include

运行结果: 
![这里写图片描述](https://img-blog.csdn.net/20171122124312799?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvbTBfMzgxMjE4NzQ=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast) 
 
【例3】使用waitpid函数不按照特定的顺序回收僵死子进程
 1  #include<stdio.h> 
 2  #include<stdlib.h> 
 3  #include<unistd.h> 
 4  #include<sys/wait.h> 
 5  #include<errno.h> 
 6  #define N 6 
 7   
 8  int main() 
 9  { 
10      int i, status; 
11      pid_t pid; 
12   
13      //parent create N children 
14      for(i = 0; i < N; i++) 
15          if(fork() == 0) 
16              exit(100+i); 
17   
18      //parent reaps N children in no particular order 
19      while((pid = waitpid(-1, &status, 0)) > 0){ 
20          if(WIFEXITED(status)) 
21              printf("child %d terminated normally\n", pid, WEXITSTATUS(status)); 
22          else 
23              printf("child %d terminated abnormally\n", pid); 
24      } 
25   
26      //The only narmal terminated is if there are no more children 
27      if(errno != ECHILD) 
28          perror("waitpid error"),exit(1); 
29   
30      exit(0); 
31  } 
 
运行结果: 
![这里写图片描述](http://img.blog.csdn.net/20171122124411435?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvbTBfMzgxMjE4NzQ=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast) 
 
【例4】使用waitpid按照创建子进程的顺序来回收这些僵死的子进程。 
  ``` 
   1    #include<stdio.h> 
     2  #include<stdlib.h> 
     3  #include<unistd.h> 
     4  #include<errno.h> 
     5  #include<sys/wait.h> 
     6  #define N 6 
     7   
     8  int main() 
     9  { 
    10      int status, i; 
    11      pid_t pid[N], retpid; 
    12       
    13      //parent create N children 
    14      for(i = 0; i < N; i++) 
    15          if((pid[i] = fork()) == 0) 
    16              exit(100+1); 
    17   
    18      //parent reaps N children in order 
    19      i = 0; 
    20      while((retpid = waitpid(pid[i++], &status, 0)) > 0){ 
    21          if(WIFEXITED(status)) 
    22              printf("child %d terminated normally with exit status=%d\n", retpid, WEXITSTATUS(status)); 
    23          else 
    24              printf("child %d terminated abnomally\n", retpid); 
    25  } 
    26   
    27      //the only normal termination is if there are no more children  
    28      if(errno != ECHILD) 
    29          perror("waitpid error!\n"),exit(1); 
    30   
    31      return 0; 
    32  }

运行结果:
这里写图片描述


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