【Linux学习笔记】进程的fork创建 exit终止 wait等待

【Linux学习笔记】进程的fork创建 exit终止 wait等待

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前言

哈喽，各位小伙伴大家好!上期我们讲了环境变量今天我们讲的是【Linux学习笔记】进程的fork创建 exit终止 wait等待。话不多说，我们进入正题！向大厂冲锋！

1.进程创建

1.1 fork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。

 #include <unistd.h>pid_t fork(void);
//返回值：⾃进程中返回0，⽗进程返回⼦进程id，出错返回-1

进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：

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

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。但每个进程都将可以开始它们自己的旅程，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;}        
运⾏结果：
[root@localhost linux]# ./a.outBefore: pid is 43676After:pid is 43676, fork return 43677After:pid is 43677, fork return 0

这里看到了三行输出，一行before，两行after。进程43676先打印before消息，然后它有打印after。另一个after消息有43677打印的。注意到进程43677没有打印before，为什么呢？如下图所示

所以，fork之前父进程独立执行，fork之后，父子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。

1.2fork函数返回值

• 子进程返回0，
• 父进程返回的是子进程的pid。

1.3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，便以写时拷贝的方式各自一份副本。具体见下图：

因为有写时拷贝技术的存在，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！写时拷贝，是一种延时申请技术，可以提高整机内存的使用率

1.4 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，父进程等待客户端请求，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。

1.5fork调用失败的原因

• 系统中有太多的进程
• 实际用户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
• 代码运行完毕，结果不正确
• 代码异常终止

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）：

1. 从main返回
2. 调用exit
3. _exit

异常退出：

• ctrl+c，信号终止

2.2.1退出码

退出码（退出状态）可以告诉我们最后一次执行的命令的状态。在命令结束以后，我们可以知道命令是成功完成的还是以错误结束的。其基本思想是，程序返回退出代码时表示执行成功，没有问题。代码1或以外的任何代码都被视为不成功。

Linux Shell中的主要退出码：

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
128+n	命令被信号从外部终止，或遇到致命错误
130	通过 Ctrl+C 或 SIGINT 终止（终止代码 2 或键盘中断）
143	通过 SIGTERM 终止（默认终止）
255/*	退出码超过了 0-255 的范围，因此重新计算（LCTT 译注：超过 255 后，用退出取模）

• 退出码表示命令执行无误，这是完成命令的理想状态。

• 退出码1我们也可以将其解释为“不被允许的操作”。例如在没有sudo权限的情况下

• 使用yum;再例如除以等操作也会返回错误码，对应的命令为let a=1/0

• 130(SIGINT或^C）和143（SIGTERM）等终止信号是非常典型的，它们属于 128+n信号，其中n代表终止码。

• 可以使用strerror函数来获取退出码对应的描述。

2.3.2 _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位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时，在终端执行$?发现返回值是255。

2.3.3 exit函数

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

exit最后也会调用_exit，但在调用_exit之前，还做了其他工作：

1. 执行用户通过atexit或on_exit定义的清理函数。
2. 关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入
3. 调用_exit

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

2.3.4 return退出

return是一种更常见的退出进程方法。执行returnn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。

3. 进程等待

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。
• 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。
• 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

3.2进程等待的方法

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NULL

3.2.2 waitpid方法

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);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。Pid>0.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）

#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 ){ // 异常退出printf("sig code : %d\n", st&0X7F );}}
}
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 : 9

3.2.4阻塞与非阻塞等待

• 进程的阻塞等待方式：

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;
}
运⾏结果:[root@localhost linux]# ./a.outchild is run, pid is : 45110this is test for waitwait child 5s success, child return code is :1.

• 进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)();  // 函数指针类型
std::vector<handler_t> handlers;  // 函数指针数组void fun_one() {printf("这是一个临时任务1\n");
}void fun_two() {printf("这是一个临时任务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

这就是进程的fork创建 exit终止 wait等待。大家自己好好消化！今天就分享到这！ 感谢各位的耐心垂阅！咱们下期见！拜拜~