进程的创建、等待以及退出

           学习了进程的进步概念之后,接下来我们就来学习一下进程的创建、等待以及终止等。

1、进程的创建

       在Linux中,fork()函数是非常重要的函数,它从已存在的进程中再创建一个新进程。新进程为子进程,而原进程为父进程。

(1) pid_t fork(void);

        返回值:子进程返回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,而且他们都运行到相同的地方。但每个进程都将开始他们自己的旅行。

          下面就来看一段代码:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
	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;
}

   运行结果如下:

   

          有图可看出,一行Before,两行After。进程31373先打印Before,然后再打印After。另一个After消息由31374打印。且31373 return 31374,而31374 return 0。不知道你注意没?31374没有打印Before,这是为什么呢?    

       由此可以看出,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。

        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时,便以写时拷贝的方式各自一份副本进行修改。父子进程共用同一块虚拟地址空间,通过页表映射到不同的物理地址。

       fork()的常规用法:

  • 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。

       fork()调用失败的话有两个因素:(1)系统中有太多的进程;(2)实际用户的进程数超过了限制;

(2)Vfork()函数

        在Linux中,用来创建子进程的还有Vfork()函数,但是Vfork函数与fork()函数有些不同;

  •  Vfork()函数用于创建一个子进程,而子进程与父进程共享地址空间,fork的子进程具有独立地址空间;
  •  Vfork()函数保证子进程先运行,在它调用exec或者(exit)之后父进程才肯被调度; 

         下面就来看看Vfork()函数的使用:

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

int glob=100;

int main()
{
	pid_t pid=vfork();
	if(pid==-1)
	{
		perror("vfork");
		exit(1);
	}
	else if (pid==0)
	{//child
		sleep(5);
		glob=200;
		printf("child glob is %d\n",glob);
		exit(0);
	}
	else
	{//parent
		printf("parent glob is %d\n",glob);
	}
	return 0;
}

    运行结果:


       由截图结果可见子进程修改了父进程的变量值,由此更能说明子进程在父进程的地址空间中运行。

2、进程的退出

        进程的退出场景有三种:

     (1)代码运行完毕,运行结果正确;

     (2)代码运行完毕,运行结果错误;

     (3)代码未运行完毕,异常退出;

         进程的退出场景有三种,就说明进程的退出方式也不会只有一种,下面说说进程退出的方式:  

       (1)正常退出 (可以通过命令echo $ ?查看进程退出码):

                从main函数返回;调用exit;_exit;

       (2)异常退出:Ctrl + C,信号终止;

       _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,但是只要低8位可以被父进程使用。所有_exit(-1)时,在终端执行$?可以发现返回值是255

  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,还做了几件事:

  •    执行用户通过atexit或on_exit定义的清理函数;
  • 关闭所有打开流,所有的缓存数据均被写入;
  • 调用_exit

   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函数的运行时函数会将main的返回值当中exit的参数。

3、进程等待

     (1) 进程等待必要性

  •  之前学过,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。
  • 此外,进程一旦变成僵尸状态,那就变成了铜墙铁壁,可以任意杀人的大魔王 kill -9也就无能为力了,因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程,就像你永远无法叫醒一个装睡的人一样。
  • 还有,父进程派给子进程的任务完成的任务完成的如何,我们需要知道。比如: 子进程运行完成,结果正确还是错误,或者是否正常退出。
  • 父进程通过进程等待的方式,回收子进程的资源,获取子进程的退出状态。          

(2)进程等待的方法

    wait()方法:

        #include<sys/types.h>

        #include<sys/wait.h>

        pid_t wait(int *status);

        参数:输出型参数,获取子进程退出状态,不关心则可以设置为NULL;

        返回值:成功返回被等待进程的pid,失败返回-1;

    waitpid()方法:

         pid_t   waitpid(pid_t  pid ,int *ststus ,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;

                       如果调用中出错了,则返回-1,这时error会被设置出相应的值以指示错误所在;

        参数:pid: pid=-1,等待任何一个子进程。与wait等效。

                            pid>0,等待其进程ID与pid等待的子进程。

                 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,不会等待。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,则肯引起阻塞。
  • 如果不存在该子进程,则立即出错返回。

       下面来看看函数具体调用过程:


   以上就是进程的创建、等待、退出的简单回顾。


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