进程创建（fork）

进程创建不只有fork，其实bash跑一个程序也是创建一个进程，这里只说fork。

1.初识 fork函数

在Linux当中，fork函数是一个非常重要的函数，它能从已经存在的进程中创建一个新进程。新进程为子进程，原进程就是父进程。

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值：子进程中返回0，父进程返回子进程的id，出错返回-1

进程调用fork，控制转移到内核中的fork代码，在那之后，内核分配新的内存块和内核数据给子进程，然后将父进程的部分数据结构拷贝给子进程，再将子进程添加到系统进程列表中，当fork返回之后，开始调度器调度。fork之后，父子进程代码共享，数据各自私有一份。

所以，fork之前父进程独立执行，fork之后，父子进程两个执行流分别执行，谁先由调度器决定！

2.fork函数返回值

子进程返回0

父进程返回的是子进程的pid

出错返回-1

3.写时拷贝

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，便以写时拷贝的方式各自一份副
本。具体见下图:

4.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。

5.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

进程终止

1.进程退出场景

代码运行完毕，结果正确
代码运行完毕，结果不正确
代码异常终止

2.进程常见退出方法

正常终止（可以通过 echo $? 查看进程退出码）：

从main返回
调用exit
_exit

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，但是仅有低8位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时，在终端执行$?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

3.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。

进程等待

进程等待就是操作系统把一个进程的PCB挂起在一个等待队列里。

1.进程等待的必要性

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。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。

最后，我们需要知道父进程派给子进程的任务完成的如何。如，子进程运行完成，结果对还是不对，或者是否正常退出。

父进程通过进程等待的方式，回收子进程资源，获取子进程退出信息

2.进程等待的方法
wait方法

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int*status);

返回值：
成功返回被等待进程pid，失败返回-1。
参数：
输出型参数，获取子进程退出状态,不关心则可以设置成为NULL

waitpid方法（系统调用接口）

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。即你想等待哪个进程。
   status://宏   位操作
       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:
       NULL：默认的阻塞式等待。子进程未退出，父进程一直等待。
       WNOHANG: 非阻塞式等待。若pid指定的子进程没有结束， 则waitpid()函数返回0；
                轮巡检测，不予以等待。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，则进程可能阻塞。
如果不存在该子进程，则立即出错返回。

3.获取子进程的status

wait和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。

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）：

由图可知，若是进程正常终止，则次第八位是子进程退出的退出状态，低八位是默认的0；若是进程异常终止，则次第八位不用，低七位为操作系统发出的终止信号，第八位为core dump 核心转储。

进程程序替换

1.进程替换原理

用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支),子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,但是这里只替换代码段，初始化了数据区域，因此，并不重新创建虚拟地址空间和页表，只是替换了其中的内容，所以调用exec前后该进程的id并未改变，替换后从新程序的启动例程开始执行。

2.替换函数

一共有六种替换函数，但其实总归都是一种，只不过参数不同罢了，统称exec函数：

int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

#include <unistd.h>

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[])；

函数解释

这些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。

如果调用出错则返回-1

所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。

命名理解

这些函数原型看起来很容易混,但只要掌握了规律就很好记。

l(list) : 表示参数采用列表

v(vector) : 参数用数组

p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH

e(env) : 表示自己维护环境变量

exec调用举例如下：

#include <unistd.h>
int main()
{
   char *const argv[] = {"ps", "-ef", NULL};
   char *const envp[] = {"PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL};
   execl("/bin/ps", "ps", "-ef", NULL);
// 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
   execlp("ps", "ps", "-ef", NULL);
// 带e的，需要自己组装环境变量
   execle("ps", "ps", "-ef", NULL, envp);
   execv("/bin/ps", argv);
// 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
   execvp("ps", argv);
// 带e的，需要自己组装环境变量
   execve("/bin/ps", argv, envp);
   exit(0);
}

综合前面的知识就可以做一个简易的mini_shell啦~~

【Linux】模拟实现一个 mini_shell

【Linux】shell及其运行原理

【Linux】进程的控制 ---- 创建、终止、等待、替换

进程创建（fork）

进程终止

进程等待

进程程序替换

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