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。