Linux-进程控制

进程创建

fork会在已存在的进程中创建一个新进程出来，并且当前进程作为父进程，新创建出来的进程作为子进程。当进程调用fork之后，内核会分配新的内存块和数据给子进程，并且将父进程数据内容拷贝给子进程，然后将子进程添加至系统就绪队列，系统调用fork完成之后开始返回，但是这里fork将会有两个返回值父进程返回子进程的进程ID，子进程返回0，通常用if语句来做分流。

pid_t fork(void);

那么在fork调用之后，我们是如何知道fork返回两个返回值？我们可以先来看一段代码：

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

int main()
{
	printf("Before:pid is %d\n", getpid());
	pid_t pid = fork();
	if(pid < 0){
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);
	sleep(1);
	return 0;
}

通过执行结果可以明显看出来父进程子进程以及父子进程的返回值， 但是子进程是按照父进程的模板复制出来的，为什么只打印了一次Before，这就是我们接下来说的，父子进程虽然有同一份代码，但是并不是父子进程都要执行全部，fork之前父进程独立执行，fork之后两个分别执行。谁先执行完全由调度器决定

当然，fork调用也不一定每次都成功，可能原因就是系统中的进程数太多，还有就是实际用户的进程数超过了限制。当然，创建进程不只有fork一中方法，也可以通过vfork来创建进程，vfork创建的子进程和父进程共享地址空间，并且保证子进程先执行，父进程之后执行。

进程等待

当子进程退出，父进程不管不顾，就有可能造成僵尸进程进而造成内存泄露，另外进程一旦变成僵尸进程，就无法通过kill来杀死它，还有父进程交给子进程的任务完成的如何，父进程需要知道子进程的结果如何，父进程可以通过进程等待的方式来获取子进程的退出信息，回收子进程资源。

pid_t wait(int *status);

返回值：
    调用wait成功返回被等待的进程，失败返回-1，
参数：
    输出型参数，获取子进程的退出状态，不关心可设置为NULL

 wait可以胜任等待子进程的任务，但是我们用的更多的是waitpid：

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

 waitpid的返回值和wait函数的返回值是一样的，但是如果设置了选项WNOHANG，waitpid发现没有已退出的子进程可以收集，就会返回0。

pid

pid为-1，等待任意一个子进程，pid>0，等待进程ID与pid相等的进程

status

wait和waitpid都有status参数，这个参数是一个输出型参数，有操作系统填充，如果填NULL，则表示不关心子进程的退出状态，否则，操作系统会将子进程的退出状态填充至status返回给父进程。但是status不能当一个普通的整形来看待，可以当做位图来看，此处不研究高16位，只看低16位。

这样用户就可以根据status来获取子进程的退出状态。 

options

options设置WNOHANG，在说WNOHANG之前，可以先来了解两个概念：阻塞和非阻塞。wait默认是阻塞的，即调用wait之后如果返现没有退出的子进程，那么父进程就在此等待子进程退出，进入睡眠状态（可中断），此时就是阻塞式等待，但是设置WNOHANG之后，会设置父进程为非阻塞等待，所以没有已退出的子进程，waitpid立即返回。

#incldue <stdio.h>
#incldue <stdlib.h>
#include <string.h>
#incldue <unistd.h>
#incldue <sys/wait.h>

int main()
{
	pid_t pid;
	
	if((pid = fork()) == -1){
		perror("fork");
		exit(1);
	}
	if(pid == 0){ //child
		sleep(20);
		exit(2);
	}
	else{ //father
		int st;
		int ret = wait(&st);
		//int ret = waitpid(pid, &st, WNOHANG);
		
		if(ret > 0 && (st & 0x7F) == 0){ //normal
			printf("child exit code:%d\n", (st>>8)&0xFF);
		}
		else if(ret > 0){ //signal
			printf("sig code:%d\n", st&0x7F);
		}
		else if(ret == 0){
			printf("非阻塞,没有子进程退出!\n");
		}
	}
}

子进程正常返回，调用exit

子进程被kill信号所杀，再打开一个终端我们可以用kill杀死子进程

 

ctrl+c终止进程

 

进程程序替换

父进程创建出子进程之后希望完成一系列动作，所以往往子进程需要其他的程序来帮助自己完成，但是子进程没有能力独立去完成，这就需要进行程序替换。子进程调用exec函数来执行另一个程序，调用exec时，进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新的程序开始执行，调用exec并不会创建新的进程，所以调用exec前后进程id并未改变。

替换函数

int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

观察函数名称就可以大概知道用法，l(list)表示采用列表，v(vector)采用数组，p(path)自动搜索环境变量，e(env)自己维护环境变量。

进程退出

 进程退出有三种状态，正常退出结果正确，正常退出结果不正确，异常退出，在命令行下可以通过echo $?来查看退出码，通常正常退出有三种方式，return返回，调用exit，调用_exit，异常退出ctrl+c。

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

 虽然status是int，但是仅有低8位可以被父进程所用，所以当exit(-1)时，就会发现返回值是255

#include <stdlib.h>

void exit(int status);

_exit是系统调用，exit是库函数，调用exit虽然会使用系统调用，但是在系统调用之前，exit会关闭所有打开的文件描述符，所有的缓存数据都被写入，最后进程退出。

执行exit就相当与执行return，main函数运行时会将main的返回值作为exit的参数。

小案例

我们学了从进程的创建到终止一系列操作，就会发现shell的基本原理和进程的一生有着及其相似的地方：

1.获取命令

2.解析命令

3.bash创建子进程(fork)

4.替换子进程(execvp)

5.父进程等待子进程退出(wait)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

void Pares_cmd(char *buf, char *out_cmd[])
{
	int i = 0;
	int j = 0;
	while(buf[i]){
		while(buf[i] == ' '){
			i++;
		}
		out_cmd[j++] = buf + i;
		while(buf[i] != ' ' && buf[i] != 0){
			i++;
		}
		buf[i++] = '\0';
	}
	out_cmd[j] = NULL;
}

void do_exec(char *out_cmd[])
{
	pid_t pid = fork();
	if(pid < 0){
		perror("fork");
		return;
	}
	else if(pid == 0){
		execvp(out_cmd[0], out_cmd);
		exit(1);
	}
	else{
		wait(NULL);
	}
}

int main()
{
	int i;
	while(1){
		char buf[100] = {0};
		char *out_cmd[100] = {0};
		printf("[zmy@zmy]$ ");
		gets(buf);
		Pares_cmd(buf, out_cmd);
		do_exec(out_cmd);
	}
	return 0;
}