进程控制 -- 进程的创建，终止与等待

进程创建

fork概念

在linux中fork函数的作用是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
当操作系统调用fork函数时候，操作系统会进行什么操作呢？

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（父子进程谁先运行完全取决于cpu的调度）

fork基本用途

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。

fork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

写时拷贝技术

概念：
操作系统通过fork创建子进程之后，子进程复制了父进程，一开始父子进程指向同一块物理内存空间，因此数据看起来是一模一样的。但是进程间具有独立性，因此当物理空间的数据发生改变时，子进程就会重新开辟物理空间，将数据拷贝过来。这就是写时拷贝技术。
因为代码是只读的，因此父子进程数据独有，代码共享。

vfork

vfork函数与fork函数类似但是使用vfork函数时创建的子进程会阻塞父进程，只用于一些特定的场景。
vfork相较于fork不同之处有：

vfork创建子进程会阻塞父进程，防止调用栈混乱。
vfork创建的子进程和父进程使用同一虚拟地址空间，不存在写时拷贝技术。

vfork是一个在没有出现fork的写时拷贝技术的时候使用较多的方式，因为vfork父子进程采用同一虚拟地址空间，因此创建效率较高，但是写时拷贝技术实现之后，更多是采用fork。

在这里插入图片描述

进程终止

一个进程终止的方式概括来说无非两种 正常终止和异常终止。

进程常见退出方式

正常终止从main中return返回调用exit/_exit函数
异常退出：ctrl + c或者信号终止

**main函数中return：**退出进程时刷新缓冲区域。
void exit(int status): 库函数，status保存返回值，传入父进程。
void _exit(int status) 系统调用接口，status保存返回值，传入父进程。
exec函数在任意位置调用都会退出当前进程，return只有在main函数中执行才可以退出进程。

_exit函数

_exit式系统调用接口，使用方式如下。

#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，
注意：status只有低八位可以被程序使用，在父进程获取的时候只考虑低八位。
举个例子：
当参数-1 的时候，父进程获取低八位，11111111 -> 255 此时父进程获取到的只是255。

exit函数

exit函数是封装的库函数，作用与_exit函数大致相同，但是在其上层还做了如下操作

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

最后才调用了系统调用接口函数 _exit

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

return

return函数的作用与exit相同，其返回值与exit等价。

进程等待

我们都知道僵尸进程的危害极大，而进程等待就可以很轻松的解决这一隐患。
进程等待简单来说，就是父进程用来回收子进程资源，获取返回值，避免产生僵尸进程的一种手段。

wait函数

#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

waitpid函数

pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

返回值：
返回值：成功返回被等待进程pid，失败返回-1。
注意
如果设置了选项WNOHANG,当没有进程退出时，返回0；
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:
一个四字节空间的变量返回子进程的退出码。查看子进程退出状况。低16位中的高八位是子进程的退出返回值。
options:
0 标志阻塞等待。
WNOHANG: 非阻塞等待，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。

再次理解status

一个进程如果可以正常返回时，那么在status中，我们就可以获取到这个进程的返回值，但是，如果进程退出异常时，那么这个返回值就没有意义了，而在status中我们在它最低的八位中存储的就是关于异常退出的信息。
在这里插入图片描述
我们来看一张图
正常退出是低八位全零，低八位中的高一位叫做coredump，这个位图就是用来判断是否进程正常退出的，正常情况是0。当异常退出时，coredump置为1，剩下其为存储的是信号信息。

 //获得信号值的操作
 //00000000 00000000 00000000 01111111 & status
  0x7f & status

在这里插入图片描述
一般通过下面两个操作来获取相关信息。
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）