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【进程控制】

news 来源：原创 2025/4/28 10:29:17

1. 写时拷贝

父进程创建了子进程，子进程的PCB是拷贝的父进程的PCB，内容一致。并且数据段，代码段，子进程是与父进程共享的（此时权限会被设为只读），当子进程要对其进行修改，此时会发生写时拷贝，将子进程要修改的数据，拷贝一份，单独交给子进程（这一部分权限可写，可读）。
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2. 进程终止

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2.1 从`main`返回

2.2 调用`exit`

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2.3 `_exit`

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3. 进程等待

wait 和 waitpid 是 Unix/Linux 系统中用于处理子进程状态变化的系统调用，通常在 C 或 C++ 编程里使用。下面为你详细介绍：

3.1 `wait` 函数

函数原型：

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

功能：wait 函数会让调用进程阻塞，直到它的任意一个子进程终止。若子进程已经终止，wait 会立即返回。返回值是终止子进程的进程 ID，若出错则返回 -1。
参数：status 是一个整型指针，用于存储子进程的终止状态。若不关心终止状态，可将其设为 NULL。
示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork");return 1;} else if (pid == 0) {// 子进程printf("Child process is running.\n");sleep(2);printf("Child process is exiting.\n");exit(0);} else {// 父进程int status;pid_t child_pid = wait(&status);if (child_pid > 0) {if (WIFEXITED(status)) {printf("Child process %d exited normally with status %d.\n", child_pid, WEXITSTATUS(status));} else if (WIFSIGNALED(status)) {printf("Child process %d was terminated by signal %d.\n", child_pid, WTERMSIG(status));}}}return 0;
}

3.2 `waitpid` 函数

函数原型：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

功能：waitpid 函数的功能与 wait 类似，不过它可以指定等待某个特定的子进程，还能通过 options 参数来控制等待行为。返回值是终止子进程的进程 ID，若指定 WNOHANG 且没有子进程终止则返回 0，若出错则返回 -1。
参数：
- pid：用于指定要等待的子进程的进程 ID。若 pid > 0，则等待指定进程 ID 的子进程；若 pid == -1，则等待任意子进程，等同于 wait；若 pid == 0，则等待与调用进程在同一进程组的任意子进程；若 pid < -1，则等待进程组 ID 等于 pid 绝对值的任意子进程。
- status：和 wait 中的 status 作用相同，用于存储子进程的终止状态。
- options：是一个位掩码，可使用 WNOHANG 让 waitpid 非阻塞地返回，即若没有子进程终止则立即返回 0；还可使用 WUNTRACED 来关注因收到信号而停止的子进程。
示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork");return 1;} else if (pid == 0) {// 子进程printf("Child process is running.\n");sleep(2);printf("Child process is exiting.\n");exit(0);} else {// 父进程int status;pid_t child_pid = waitpid(pid, &status, WNOHANG);if (child_pid == 0) {printf("No child process has exited yet.\n");} else if (child_pid > 0) {if (WIFEXITED(status)) {printf("Child process %d exited normally with status %d.\n", child_pid, WEXITSTATUS(status));} else if (WIFSIGNALED(status)) {printf("Child process %d was terminated by signal %d.\n", child_pid, WTERMSIG(status));}}}return 0;
}

3.3 区别总结

灵活性：wait 只能等待任意子进程终止，而 waitpid 能指定等待某个特定的子进程，并且可以控制等待行为，如非阻塞等待。
阻塞特性：wait 是阻塞调用，会一直等待直到有子进程终止；waitpid 可通过 WNOHANG 选项实现非阻塞调用。

4. 进程替换

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,该进程的用户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。
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替换函数

4.1 execl

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4.2 execlp

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4.3 execle

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4.4 execv

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4.5 execvp

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4.6 execvpe

execvpe 是 Unix/Linux 系统里 exec 函数族中的一员，该函数族的作用是在当前进程的上下文中执行新程序，替换当前进程的映像。下面详细介绍 execvpe 函数。

4.6.1 函数原型

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

4.6.2 参数说明

file：指向要执行的程序文件名的指针。此文件名无需是完整路径，execvpe 会依据 PATH 环境变量来查找该程序。
argv：指向参数数组的指针，该数组里的每个元素都是一个指向字符串的指针，代表传递给新程序的参数。数组的第一个元素通常是新程序的名称，最后一个元素必须为 NULL，以此标记参数列表的结束。
envp：指向环境变量数组的指针。数组中的每个元素都是形如 name=value 的字符串，用于为新程序设置环境变量。

4.6.3 功能说明

execvpe 函数会用指定的程序替换当前进程的映像。若调用成功，它不会返回；只有在调用失败时，才会返回 -1，并设置相应的错误码。

4.6.4 示例代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main() {// 定义要执行的程序文件名const char *file = "ls";// 定义传递给程序的参数数组char *argv[] = {"ls","-l",NULL};// 定义环境变量数组char *envp[] = {"PATH=/bin:/usr/bin","HOME=/home/user",NULL};// 调用 execvpe 函数执行新程序int result = execvpe(file, argv, envp);// 如果 execvpe 调用失败，会执行到这里if (result == -1) {perror("execvpe");return 1;}return 0;
}

4.6.5 代码解释

在这个示例中，我们运用 execvpe 函数执行了 ls 程序，并且传递了 -l 参数。
为新程序设置了两个环境变量 PATH 和 HOME。
若 execvpe 调用成功，当前进程会被 ls 程序替代，输出文件列表。若调用失败，则会输出错误信息。

4.6.6 注意事项

由于 execvpe 调用成功后不会返回，所以调用之前的代码会被执行，而调用之后的代码只有在调用失败时才会执行。
若 file 参数不是完整路径，execvpe 会依据 envp 数组里的 PATH 环境变量查找程序。若 envp 中未包含 PATH，则使用当前进程的 PATH 环境变量。
传递给新程序的参数列表和环境变量数组都必须以 NULL 结尾。