进程控制（Linux）
进程创建
fork函数初识
fork函数的功能是在已经存在的进程中创建一个子进程
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值：创建失败返回-1；创建成功，子进程返回0，父进程返回子进程的进程id；可以进行简单的类比：父亲可以有多个孩子，但是孩子却只有一个父亲，所以进程创建之后需要将孩子的id给父亲，而子进程只需要getpid()就可以获取自己的id
进程调用fork函数后，操作系统会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到子进程中；将子进程添加到进程列表中
fork函数返回值
为什么fork函数会有两个返回值呢？而且为什么返回之后，给父进程赋值子进程的id,给子进程赋值为0呢？为什么同一个返回值可以让if else同时成立呢？
接下来，深入了解该函数
首先用户使用fork函数，操作系统开始调用函数完成相应的任务
当函数fork()准备return pid;时，核心代码已经执行完毕，子进程也已经创建完成，并且在操作系统的运行队列中，准备被调度；所以，在执行return pid;之前，父子进程已经分流，可分别执行return pid;语句；返回的本质就是写入，子进程或父进程谁先返回，谁先写入id中，由于写时拷贝，同一个id会有两个不同的内容，根据不同的内容和判断语句if else进行匹配
fork常规用法
- 父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段
- 父进程希望子进程执行另一个不同的程序
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限制
进程终止
进程退出场景
- 代码运行完毕，结果正确
- 代码运行完毕，结果错误
- 代码异常运行终止
进程常见退出方法
先介绍退出码，到目前为止，所写的代码中在最后都会加上 return 0;为什么一定是数字0，而不是其他数字呢？？？
进程退出时，会返回对应的退出码，标识进程执行的结果是否中正确；一般而言退出码都必须有对应的文字描述
退出码：0表示程序正常运行；！0具体的数字表示不同的错误
程序正常终止
可以通过 echo $查看最近一次的进程退出码
-
return 返回
-
调用exit
程序并没有立刻打印hello world，而是两秒之后再打印的；而且退出码也与程序中exit(1)所设置的一致 -
调用_exit
程序压根就没有打印hello world，退出码仍是一致的
原因如下：
exit终止进程，主动刷新缓冲区
_eixt终止进程，不会刷新缓冲区
两者区别：exit是库函数；_exit是系统调用
return函数
return是较为常见的退出进程的方式，执行return n等同于执行exit(n)
进程等待
进程等待必要性
- 如果子进程退出，父进程一直不能获取其状态，就会造成子进程变成僵尸状态，进而造成内存泄漏
- 如果进程变成僵尸状态，操作系统也无能为力
- 父进程创建子进程的目的便是为了完成任务，所以需要知道子进程运行是否完成，结果正确与否，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
获取子进程status
进程等待的方法
wait/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（子进程阻塞）
- 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不能简单地作为整体来看待，位图如下：信号等于0表示正常退出，退出状态就是退出码（位图在后面的学习中再详细学习）
status&0x7F进程退出信息；status >>8)&0xFF获取进程退出状态
wait方法
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int*status);
返回值：如果成功，返回被等待进程的id；如果失败，返回-1
参数：输出型参数，获取子进程退出状态，不关心可设置为NULL；
前十秒一直在子进程中运行，状态是S+；十秒到十五秒之间，子进程终止运行，处于僵尸进程Z+；十五秒后父进程通过wait将子进程资源回收
waitpid方法
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid,int*status,int options);
返回值：如果成功，返回子进程的id；如果设置了选项WNOHANG，但是waitpid并没有已退出的子进程可以收集，则返回0；如果失败，返回-1，此时errno会被设置成相应的值以指示错误
参数：
pid：子进程id
status：WIFEXITED:若正常终止子进程，则为真，查看进程是否正常退出；WEXITSTATUS：若WIFEXIT非零，则提取进程退出码，查看进程的退出码
options：
0默认为阻塞状态；WNOHANG（非阻塞）：若pid指定的子进程没有结束，则waitpd函数返回0，不予等待；若进程正常结束，则返回该子进程的id
status获取子进程信息的过程：子进程退出后，将退出状态，终止信息保存至PCB中；父进程系统调用waitpid，通过status获取子进程的退出状态，终止信息
通过宏获取status
阻塞VS非阻塞
阻塞：当父进程等待获取子进程资源时，如果子进程还未退出，父进程就一直在等其退出；非阻塞：当父进程等待获取子进程资源时，如果子进程还未退出，父进程可以去执行其他其他程序，不需要一直等待子进程，采取轮询
pid_t waitpid(pid_t pid,int*status,int options);中， option值为0时代表阻塞状态； option为WNOHANG时代表非阻塞
阻塞状态上面已经展示过，接下来展示非阻塞获取子进程资源
waitpid返回值：等于零，调用成功，但是子进程并没有退出；大于零，调用成功并且子进程也退出；小于零，调用失败
- 如果子进程已经退出，调用
wait/waitpid时，会立刻返回，并释放资源，获取子进程退出信息 - 如果在任意时刻调用
wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能会阻塞 - 如果不存在该子进程，则立刻出错返回
进程程序替换
替换原理
通过fork创建子进程之后是为了执行程序，子进程往往需要调用一种exec函数用来执行另外一个程序，也就是与父进程不同的程序；当进程调用一种exec函数时，创建的子进程就会将指定的程序加载到内存中，并执行；调用exec并不创建新进程，所以调用exec前后该进程的id并没有变化
程序替换的本质：将指定程序的代码和数据加载到指定位置，并不、覆盖父进程的数据和代码
替换函数
以exec开头的函数有六种，统称exec函数
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
l：list，将参数一个个低传入 execl中
首先执行程序，先要找到该程序，然后再执行包括如何执行
path表示该程序所在路径；arg表示如何执行该程序，类似与命令行参数；...表示可变参数列表，最后一个参数必须是NULL
运行结果中，只打印了第一个 printf，第二个并没有打印，为什么呢？
因为 printf也是代码，并且第二个是在替换函数 execl之后的，当替换函数执行完毕后，原代码已经全部被覆盖，开始并执行新的程序代码，所以第二个 printf无法执行
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
p：path，可以自动找到程序所在路径，只需要输入待执行的程序即可
第一个ls代表要执行的程序；第二个ls代表如何执行
int execv(const char *path, char *const argv[]);
v：vector，可以将所有可执行参数放入数组中，统一传递，代替使用可变参数
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
直接输入待执行的程序，以及如何执行
到目前为止，一直执行的是系统命令，下面尝试执行自己所写的程序
自己所写的程序：
运行结果：
根据运行结果来看，调用非常地成功；所以可以使用替换函数调用任何语言地程序
int execle(const char *path, const char *arg,
..., char * const envp[]);
e：自定义环境变量
先试试将不加入自定义环境变量
上面便是简单地获取两个系统内的环境变量的方式；接下来如果想要自定义环境变量该如何操作呢？？？
先介绍一个函数：putenv
添加一个环境变量到系统中environ所指向的环境变量表中
自定义环境变量操作如下：
execle可以获取环境变量，同样地上面几种替换函数也可以获取环境变量，在虚拟地址空间中存在着环境变量参数，子进程可通过地址空间获取环境变量
execle的参数列表与 mian函数的命令行参数非常的相似
main也是函数，也要被调用，也要被传参，而execl就是将程序加载到内存中的；所以程序执行的顺序便是：先加载，再执行
程序替换函数的本质是将程序加载到内存中，加载的工作由Linux exec*加载器来完成
函数解释
- 替换函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回
- 如果替换失败，返回-1
- 替换函数，只有失败的返回值，没有成功的返回值