之前博主写了关于进程概念的博客，今天呢，来和大家一起学习一下关于进程控制的知识。虽然临近端午节了，但是作为学习人，我们眼里是没有放假的~
目录
进程创建
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。
进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后(状态身份发生改变，这个以后会在信号博客讲解)，内核做：
1、分配新的内存块和内核数据结构给子进程
2、将父进程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当中(本质上是OS多了一个进程，OS就要去管理)
4、fork返回，开始调度器调度
注意：
1、 父进程fork之后创建子进程， 子进程这时候继承父进程的代码和数据(不发生写时拷贝的话是共享的)，但是子进程会执行父进程fork之后的代码(After的代码)。因为子进程继承了父进程的程序计数器，pc指针是指向fork的下一行代码。此时子进程就会执行After后面的代码了。
2、fork之后，父子进程谁先执行，完全由调度器决定。
fork函数返回值
给父进程返回子进程的pid。
给子进程返回0。
fork失败的话，返回-1。
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。
关于进程创建，实际上在进程概念的博客中已经写过了，在这里博主就不废话了~
进程终止
进程退出的场景
实际上我们运行代码只有下面三种结果：
1、代码运行完毕，结果正确
结果正确，我们通常用0来表示success(成功)。
2、代码运行完毕，结果不正确
结果不正确我们通常用!0来表示failed(失败)。
3、代码异常终止异常终止，就是程序崩溃，这时候退出码也变没有意义了！这时候要关注的是退出信号(这部分知识在后面的博客再讲~)
退出码
我们曾经见到的main函数的return值实际就是进程的退出码，我们是否想过我们为什么在main函数内总是reutrn 0呢？
我们首先介绍一个C语言函数：strerror
这个函数参数是一个int类型。这个函数意思是，我们传入一个整型，它会返回对应的错误信息。也就是每个数字(可以理解为一个函数的返回值)就对应了一个特定的错误信息。
我们再来通过一段代码来看一下Linux中C语言的退出码：
int main()
{
for(int i = 0; i < 140; i++)
{
printf("%d: %s\n", i, strerror(i));
}
return 0;
}部分截图：
我们发现每一个数字对应一个退出信息，其中0对应的信息是：Success，也就是成功。其余的数字对应的退出信息，我们可以发现都是一些错误信息，也就是代码运行完毕，结果不对的情况。
这时候我们同时也就可以解释了，为什么要用0代表成功，非0代表结果不正确，因为不正确的情况是有多种可能的。
查看退出码
[cyq@VM-0-7-centos 进程控制]$ echo $?
echo $?：输出最近一次进程退出时的退出码。
我们写一个程序来使用它查看退出码：
int main()
{
return 123;
}运行完之后，我们来查看退出码：
这时候我们发现退差码是123，和我们预期的一样，这时候如果我们再来echo $? 一下我们看看结果是什么？
我们发现竟然是0！
因为echo $?指令本身就是一个可执行程序，它本身正常退出码就是0，所以我们再次查看退出码的时候就查看到的是上一个指令echo $?的退出码。
注意：
我们输入的正确的指令如果正常退出的话结果都为0，要是输入错误的指令(代码跑完，结果不对)，我们的退出码就不是0了：
进程常见的退出方法
exit函数
#include <unistd.h>
void exit(int status);exit在任何地方调用，都代表进程终止，参数就是退出码！
我们举个栗子：
int func()
{
exit(123);
printf("hello cyq\n");
return 1;
}
int main()
{
printf("hello wmm\n");
func();
return 0;
}我们打印一下看看结果：
我们可以看到，main函数中调用func函数，func函数里面运行到exit(123)，这时候我们发现exit(123)后面的内容就不再执行了，程序直接退出了！我们再来查看进程退出码时，发现是123。
这时候我们就证明了exit在任何地方调用，都代表进程终止，参数就是退出码！
_exit函数
_exit函数和exit函数用法一样，这里我们就简单演示一下：
int func()
{
_exit(123);
printf("hello cyq\n");
return 1;
}
int main()
{
printf("hello wmm\n");
func();
return 0;
}实验效果：
我们发现_exit在任何地方被调用都代表进程终止，参数就是退出码。
_exit和exit函数的区别：
exit最后会调用_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实际上_exit是exit的一个子函数。
我们用个图来形象展示一下：
_exit是直接执行终止进程的代码，而exit在调用_exit前先执行其它部分工作。
换句话说，_exit终止进程，是强制终止进程，不执行进程的后续的收尾工作，比如刷新缓冲区(这里所说的缓冲区不是用户层的缓冲区，关于这块知识在文件IO会有讲解~)。
return退出
return是一种更常见的退出进程方法。执行return n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。
注意：
main函数return，代表进程退出！！非mian函数return，代表函数返回(它不是退出码)！
进程退出，OS层面做了什么？
系统层面，少了一个进程：free PCB，free mm_struct，free 页表和各种映射关系，代码+数据申请的空间也要释放掉！
由于这个函数大家还是很熟悉的，在这里就不介绍了~
进程等待
为什么要有进程等待？
我们知道父进程fork创建子进程，子进程帮父进程完成完成某种任务，子进程完成任务需要反馈给父进程信息，比如是否完成、完成失败原因等。这时候就需要保证父进程必须比子进程"活"得更久，不能让父进程比子进程先退出。
所以，父进程fork之后需要通过wait/waitpid等待子进程退出。
为什么父进程要等待子进程？
总结：
1、通过获取子进程的退出信息，能够得知子进程的执行结果。
2、可以保证：时序问题，子进程先退出，父进程后退出。
3、进程退出的时候会先进入僵尸状态，(长时间的话)会造成内存泄漏的问题，需要通过父进程wait，释放该子进程占用的资源！！
我们之前讲过：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。
进程等待的方法
wait方法
wait的参数类型是int*，参数是status，在这里我们先不介绍，待会介绍waitpid后大家就会明白了，在这里我们不关心的话就先传过去NULL先代替。
返回值：如果返回值大于0(实际是等待的子进程的pid)就表示返回成功，如果小于0表示等待失败。
我们写一段代码来感受一下wait及等待的过程：
int main()
{
pid_t fd = fork();
if(fd == 0)
{
//child
int cnt = 3;
while(cnt--)
{
printf("child[%d] is running: %d\n", getpid(), cnt);
sleep(1);
}
exit(1);
}
sleep(7);
pid_t ret = wait(NULL);
if(ret > 0)
{
//parent
printf("parent wait: %d, success\n", ret);
}
else
{
printf("parent wait fail\n");
}
return 0;
}代码的意思是，子进程被创建后3s就退出，而父进程休眠7s，在子进程3s后退出的4s时间里，父进程没有检测到子进程的退出信息，因为父进程还在休眠，这时候子进程是僵尸状态，4s后父进程wait子进程pid成功后，就打印退出了。
我们来借助一下监控指令：
[cyq@VM-0-7-centos 进程控制]$ while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep test; sleep 1; echo "####################"; done
运行结果：
我们发现父进程等待的子进程和脚本内容对应的子进程id一致，可以说明等待成功了。
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:
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:
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。
对于上面的介绍如果看不懂，先不着急，待会博主会详细介绍~
我们先来看现象，先大概了解waitpid的用法：
还是上面wait的代码，在这里我们只修改一个地方来看看：
pid_t ret = wait(NULL);我们改成pid_t ret = waitpid(-1,NULL, 0);实际上这两种写法在这里是等效的，wait是等待任意子进程,我们给waitpid传-1，意思就也是等待任意进程 。
其次wait等待方式是阻塞等待(待会讲)，我们给waitpid第三个参数传0，意思就是阻塞等待，剩下的参数传的都一样，这样的话，wait和waitpid这里就是一样的功能了~
运行结果：
进程状态截图：
waitpid的三个参数&返回值
返回值
如果父进程等待失败，就返回-1。
如果父进程等待成功。
情况一，如果是阻塞等待，就返回子进程的pid。
情况二，如果是非阻塞等待，检测的时候发现子进程没有退出，就返回0。
在这里我们先不用关心阻塞等待和非阻塞等待是什么，我们先只考虑阻塞等待的情况，待会讲完后，再来回顾这里就明白了了~
pid
pid=-1，等待任一个子进程。与wait等效。
pid>0，等待的进程ID与pid相等的子进程，如果不相等就等待失败。
举个栗子：
等待指定进程的pid：
int main()
{
pid_t fd = fork();
if(fd == 0)
{
//child
printf("i am child: %d\n", getpid());
sleep(2);
exit(1); //子进程退出
}
//parent,这里的fd表示子进程的pid
pid_t ret = waitpid(fd, NULL, 0);
if(ret > 0)
{
printf("parent waitpid: %d success\n",ret);
}
else
{
printf("parent wait fail\n");
}
return 0;
}运行结果：
等待任意子进程时：
还是上面的代码，我们把fd改成-1，表示等待任意子进程。
运行结果：
等待失败情况：
我们知道子进程时fd，但是fd+1就没有对应的这个子进程了，这时候父进程就没有等待成功了。
运行结果：
status
status其实是一个输出型参数，我们在外部定义一个in status = 0;然后传地址过去，waitpid用int* 指针接受，函数内部会给*status赋一个值，这样在外部，就可以拿到值了。
wait和waitpid，都有一个status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）：
由此我们就可以知道，父进程通过waitpid拿到的status结果，一定和子进程如何退出强相关！！至于子进程退出的话题，就是我们刚刚讲过的进程的退出。
代码异常退出在这里我们就知道了，本质是这个进程因为异常问题，导致自己收到了某种信号(具体内容在后面的博客将~)。
我们在这里来通过status获取退出码和退出信号：
int main()
{
pid_t fd = fork();
if(fd == 0)
{
//child
printf("i am child: %d\n", getpid());
exit(1); //子进程退出
}
//parent
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);
if(ret > 0)
{
printf("parent waitpid: %d success ",ret);
printf("status exit code: %d, status exit signal: %d\n",(status>>8)&0xff, status&0x7f);
}
else
{
printf("parent wait fail\n");
}
return 0;
}运行结果：
根据刚才status的位图结构：
(status>>8)&0xff：次低8位是退出码，所以我们让它右移8位，再和1111 1111按位与就可以拿到了对应的值。
status&0x7f ：第7位对应了退出信号，和0111 111按位与，和上面的计算方法类似。
是不是觉得上面的位运算比较麻烦？当然系统中给我们提供了宏：
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为真，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）
测试代码：
int main()
{
pid_t fd = fork();
if(fd == 0)
{
//child
printf("i am child: %d\n", getpid());
exit(123); //子进程退出
}
//parent
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);
if(WIFEXITED(status))
{
printf("parent waitpid: %d success ",ret);
printf("status exit code: %d\n",WEXITSTATUS(status));//(查看进程退出码)
}
else
{
printf("parent wait fail\n");
}
return 0;
}
测试结果：
我们发现使用WIFEXITED和WEXITSTATUS配合使用也可以拿到退出码。
此外关于退出信号的宏：
当然还有很多宏，可以通过man手册来查询：
[cyq@VM-0-7-centos 进程控制]$ man 2 waitpid
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，则返回该子进程的ID。
如果第三个参数我们给0的话，就认为是阻塞等待。
什么是阻塞等待和非阻塞等待？
假设一个场景：比如快期末考试了，你的好朋友张三学习很好，你想找他帮你复习功课。于是你到张三的宿舍楼下并打电话给张三："张三，快出来，帮帮我复习一下我的物理"。但是张三说"等一下，我现在正在复习英语，你得等我1小时"。于是你就说"可以，不过电话你先别挂，就放到你旁边，什么时候好了就立马通知我"。，接着你就在他的宿舍楼下不断等待，目不转睛的等待，其他事情什么也干不了，这种等待方式就相当于阻塞等待。
如果张三给你说等他1小时，但是你觉得太长了，不想一直在宿舍楼下等，然后就忙自己的事情了，并且每隔3分钟就给他打电话问他好了没，就这样，可能需要多次检测，是基于非阻塞等待的轮询方案，这种等待方式相当于非阻塞等待。
进一步理解阻塞等待：
阻塞了是不是意味着父进程不被调度执行了呢？
阻塞的本质：其实就是进程的PCB被放入了等待队列，并将状态改为S状态。
返回的本质：进程的PCB从等待队列拿到R队列，从而被CPU调度。
所以，当我们看到某些引用或者OS本身，卡住长时间不动，其实就是应用或者程序hang住了。
WNOHANG：非阻塞等待方式。会有下面的结果：
1、等待成功，但是子进程根本没有退出。
2、子进程退出了，waitpid等待成功(返回子进程pid)or失败(失败就返回-1)。
WNOHANG就好比不断向张三打电话，问他是否准备好了的轮询检测过程。
代码测试：
int main()
{
pid_t fd = fork();
if (fd == 0)
{
// child
printf("i am child: %d\n", getpid());
sleep(1);
_exit(123); //子进程退出
}
// parent
while (1)
{
sleep(3);
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG);
if (ret == 0)
{
//子进程没有退出，但是这时候waitpid等待是成功的，需要父进程重复进行等待
printf("do parent things...\n");
}
else if(ret > 0)
{
//子进程退出了，waitpid也成功了，获取到了对应的结果
printf("father wait: %d success \n", ret);
printf("status exit code: %d, status exit signal: %d \n",(status>>8)&0xff, status&0x7f);
break;
}
else
{
printf("parent wait fail\n");
}
}
return 0;
}上面的代码既然是轮询检测(非阻塞等待)，我们就要使用while循环，如果waitpid返回值为0，那么就还需要继续检测。
运行结果：
进一步理解status
OS系统内部工作大概就是这样，子进程退出要把退出码、退出信息反馈给父进程，通过 |= 方式实现，父进程就有了一个status参数，在用户层就可以通过wait/waitpid的输出型参数获取，然后可以得到退出码、退出信号等(方法刚才讲过了~)。
看到这里，支持博主一下吧~
