????????hello，大家好，這里是bang___bang_，在上兩篇中我們講解了進程的概念、狀態(tài)和進程地址空間，本篇講解進程的控制！！包含內容有進程創(chuàng)建、進程等待、進程替換、進程終止??！

附上前2篇文章鏈接：

Linux——操作系統(tǒng)進程詳解！?。ńㄗh收藏細品！?。bang___bang_的博客-CSDN博客

[Linux]環(huán)境變量 進程地址空間（虛擬內存與物理內存的關系）_bang___bang_的博客-CSDN博客

?

目錄

?1??計算機四個重要概念

2??進程創(chuàng)建

??fork函數初識

??fork返回值

??fork調用失敗原因

3??進程終止

??進程終止的場景

??退出碼

??查看退出碼echo

??字符串格式查看錯誤信息strerror

??退出碼講解

??進程常見退出方法

??_exit函數——系統(tǒng)調用接口

??exit函數——C庫函數

??return退出

4??進程等待

??進程等待必要性

??進程等待的方法

??wait方法

??waitpid方法

5??進程程序替換

??替換原理

??替換函數

??execl函數

??execv函數

??execlp函數

??execle函數

??execvp函數

??execvpe函數

??execve函數（系統(tǒng)調用）

1??計算機四個重要概念

?競爭性：系統(tǒng)進程數目眾多，而CPU資源只有少量，甚至1個，所以進程之間是具有競爭屬性的。為了高效完成任務，更合理競爭相關資源，便具有了優(yōu)先級

?獨立性：多進程運行，需要獨享各種資源，多進程運行期間互不干擾

?并行：多個進程在多個CPU下分別，同時進行運行，這稱之為并行

?并發(fā)：多個進程在一個CPU下采用進程切換的方式，在一段時間之內，讓多個進程都得以推進，稱之為并發(fā)

2??進程創(chuàng)建

fork創(chuàng)建子進程，操作系統(tǒng)都做了什么？

????????fork創(chuàng)建子進程，系統(tǒng)多了一個進程。

????????進程=內核數據結構+進程代碼和數據！

??fork函數初識

• 創(chuàng)建子進程：失敗返回-1，成功返回子進程PID給父進程，0返回給子進程

進程調用fork，當控制轉移到內核中的fork代碼后，內核做：

????????★分配新的內存塊和內核數據結構給子進程

????????★將父進程部分數據結構內容拷貝至子進程

????????★添加子進程到系統(tǒng)進程列表當中

????????★fork返回，開始調度器調度

在進程詳解篇，我提到過父子進程代碼共享。

那么有個問題：是父進程所有的代碼子進程都共享呢？還是在fork函數之后的代碼才共享？

??寫一段fork代碼看看結果（提示：眼見不一定為實）

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    int num=0;
    int*p=&num;
    printf("Begin:pid:%d,&num:%p\n",getpid(),p);
    pid_t id=fork();
    if(id<0)
    {
        perror("fork");
    }
    printf("After:pid:%d,fork return %d,&num:%p\n",getpid(),id,p);
    return 0;
}

根據結果我們發(fā)現Begin在子進程并沒有執(zhí)行，但這能表示子進程沒有共享父進程的Begin代碼嗎？

答案是不是的！??！實際上子進程也共享到了父進程的Begin語句，只不過CPU中有個EPI寄存器，他保存了進程的上下文信息，使得子進程以為fork是他的開始，從fork語句后開始執(zhí)行！！

創(chuàng)建子進程，給子進程分配對應的內核空間結構，必須子進程自己獨有，因為進程具有獨立性！理論上，子進程也要有自己的代碼和數據！可是一般而言，我們創(chuàng)建的子進程沒有加載的過程（代碼和數據一般是從磁盤上加載到的程序），也就是說，子進程沒有自己的代碼和數據！所以，子進程只能“使用”父進程的代碼和數據！

?? ?代碼：都是不可被寫的，只能讀取，所以父子共享！

????數據：可能被修改的，所以，必須分離！

??fork返回值

????????★子進程返回0

????????★父進程返回子進程的pid

????????★出錯返回-1

為什么fork會有2個返回值？是因為寫時拷貝！！

在進程地址空間中我有講解，這里再簡單講解一下！

基于進程的獨立性，父子進程的數據必須分離，但是對于只讀的數據我們也進行拷貝的話，對內存太過于浪費，所以出現了一種新的技術：寫時拷貝技術！

寫時拷貝，是一種延時申請技術，可以提高整機內存的使用率。

子進程執(zhí)行讀權限的時候，父子進程頁表映射到同一物理內存，當執(zhí)行寫權限時，OS重新拷貝一份數據到物理內存上，同時子進程的頁表斷開原來的映射關系，映射到拷貝數據的物理地址。

??fork調用失敗原因

????????★系統(tǒng)中有太多的進程

????????★實際用戶的進程數超過了限制

3??進程終止

進程終止時，操作系統(tǒng)做了什么？

答：釋放進程申請的相關內核數據結構和對應的數據和代碼。本質：釋放系統(tǒng)資源。

??進程終止的場景

?????????代碼運行完畢，結果正確

?????????代碼運行完畢，結果不正確

?????????代碼異常退出

??退出碼

??查看退出碼echo

//獲取最近一個進程，執(zhí)行完畢的退出碼！
echo $?

問題：main函數返回值的意義是什么？為什么總是0？

并不是總是0，返回值是進程的退出碼！0表示進程運行結果正確，非0表示進程運行結果錯誤。

返回值的意義：返回給上一級進程，用來評判該進程執(zhí)行結果用的，可以忽略。讓上層能根據程序的退出碼定位代碼出錯的原因。非0值有無數個，不同的非0值就可以標識不同的錯誤原因??！從而給我們的程序在運行結束之后，結果不正確時，方便定位錯誤的原因細節(jié)！

??字符串格式查看錯誤信息strerror

為了方便我們查看對應的錯誤是什么，C庫提供了一個函數strerror，將錯誤以字符串的形式打印。

??退出碼講解

退出碼在status參數中！

status并不是按照整數來整體使用的！而是按照bit位的方式，將32個bit位進行劃分（位圖）

上圖是status的低16位示意圖。

系統(tǒng)提供了2個宏來獲取退出碼和退出信號：

WIFEXITED(status)      //是否正常退出
WEXITSTATUS(status)    //若正常退出，獲取退出碼

使用：grep -ER 'xxxx' /usr/include 進行查找?

進程異常退出，或者崩潰，本質是操作系統(tǒng)通過發(fā)送信號殺掉了你的進程??！

??進程常見退出方法

?

??_exit函數——系統(tǒng)調用接口

參數：status 定義了進程的終止狀態(tài)，父進程通過wait來獲取該值。

#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>    
                                            
int main()                                                                
{                                                                                                                                                               
   _exit(-1);                       
}    

將status設為-1，補碼為全1，但是只有8位，所以退出碼顯示為255（1111 1111）

??exit函數——C庫函數

exit最后也會調用_exit，但在調用前還刷新了緩沖區(qū)。

??觀察_exit和exit的區(qū)別：

/*_exit測試*/
#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>    
                                            
int main()                                                                
{                                                                           
    printf("hello");                                                                                     
   _exit(0);                       
}
   
/*exit測試*/ 
#include<stdio.h>    
#include<stdlib.h>    
                                            
int main()                                                                
{                                                                           
    printf("hello");                                                                                     
    exit(0);                       
}

printf輸出是對stdout標準輸出文件寫入，stdout文件的緩沖區(qū)刷新策略是行刷新，即遇到\n刷新！

測試中沒有\(zhòng)n，也就不會刷新緩沖區(qū)，也就不會顯示hello。

????????但是通過結果圖我們可以看到系統(tǒng)調用_exit沒有打印，C庫函數exit有打印，也就是說exit還刷新了緩沖區(qū)。

??return退出

??return等同于執(zhí)行exit

#include<stdio.h>    
   
int main()    
{    
    printf("hello");    
    return 0;                                                                                            
}    

現象和exit一樣，main返回值當做exit的參數。

4??進程等待

??進程等待必要性

??進程等待的方法

??wait方法

參數：輸出型參數，獲取子進程退出狀態(tài)，不關心則可以設置為NULL

返回值：成功，返回被等待進程的pid；失敗，則返回-1。

??wait系統(tǒng)接口的阻塞式測試：

??waitpid方法

pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
返回值：
    當正常返回的時候waitpid返回收集到的子進程的進程ID；
    如果設置了選項WNOHANG,而調用中waitpid發(fā)現沒有已退出的子進程可收集,則返回0；
    如果調用中出錯,則返回-1,這時errno會被設置成相應的值以指示錯誤所在；
pid：
    pid=-1,等待任一個子進程。與wait等效。
    pid>0.等待其進程ID與pid相等的子進程。
status:輸出型參數！
    WIFEXITED(status): 若為正常終止子進程返回的狀態(tài)，則為真。（查看進程是否是正常退出）
    WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子進程退出碼。（查看進程的退出碼）
options:默認為0，表示阻塞等待
    WNOHANG(非阻塞等待): 若pid指定的子進程沒有結束，則waitpid()函數返回0，不予以等待。若正常結束，則返回該子進程的ID。

waitpid(pid,NULL,0)==wait(NULL)

??waitpid系統(tǒng)接口的阻塞式測試：

?結果與wait一致。

???等待回收僵尸進程：

??waitpid非阻塞式輪詢檢測測試：

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

//非阻塞等待測試代碼

int main()
{
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        //子進程
        int cnt=5;
        while(cnt)
        {
            printf("我是子進程:%d\n",cnt--);
            sleep(1);
        }
        exit(11); //退出碼11，僅用來測試
    }
    else{
        int quit=0;
        while(!quit)
        {
            int status=0;
            pid_t res=waitpid(-1,&status,WNOHANG);//以非阻塞方式等待
            if(res>0)
            {
                //等待成功&&子進程退出
                printf("等待子進程退出成功，退出碼:%d\n",WEXITSTATUS(status));
                quit=1;
            }
            else if(res==0)
            {
                //等待成功&&但子進程并未退出
                printf("子進程還在運行中，暫時還沒有退出，父進程可以再等一等,處理其他事情\n");
            }
            else 
            {
                //等待失敗
                printf("wait失敗！\n");
                quit=1;
            }
            sleep(1);
        }
    }
}

問題：父進程通過wait/waitpid可以拿到子進程的退出結果，為什么要用wait/waitpid函數呢？直接全局變量不行嗎？

答：不行，因為進程具有獨立性，數據就要發(fā)生寫實拷貝，父進程無法拿到正確的退出結果。

問題：既然進程是具有獨立性的，進程退出碼，不也是子進程的數據嗎？父進程又憑什么拿到呢？

答：僵尸進程：至少要保留該進程的PCB信息！task_struct里面保留了任何進程退出時的退出結果信息！！

wait/waitpid本質是讀取子進程的task_struct結構中的（退出碼：exit_code，退出信號exit_signal）

5??進程程序替換

之前：fork()之后，父子各自執(zhí)行父進程代碼的一部分；父子代碼共享，數據寫時拷貝各自一份！

現在：如果子進程就想執(zhí)行一個全新的程序呢？

想有自己的代碼！就需要進程的程序替換，來完成這個功能。

??替換原理

?

??替換函數

下面我們對各函數進行測試，測試使用ls命令替換程序。模板如下：

??execl函數

??execl的使用測試：

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

int main(int argc,char* argv[],char* env[])
{
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        //子進程
        printf("子進程開始運行，pid:%d\n",getpid());
        sleep(3);

        char* const _argv[]={
           (char*) "ls",
           (char*) "-a",
           (char*) "-l",
            NULL
        };
        //execl函數,傳遞參數列表
        execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
        exit(1);
    }
    else
    {
        //父進程
        printf("父進程開始運行，pid:%d\n",getpid());
        int status=0;
        pid_t id=waitpid(-1,&status,0);//阻塞等待
        if(id>0)
        {
            printf("wait seccess,exit code:%d\n",WEXITSTATUS(status));
        }
    }
    return 0;
}

execl是程序替換，調用該函數成功后，會將當前進程的所有的代碼和數據都進行替換，包括以及執(zhí)行的和沒有執(zhí)行的！（一旦調用成功，后面的所有代碼都不會被執(zhí)行?。?

??execv函數

??execv的使用測試：

//execv函數，傳遞數組
execv("/usr/bin/ls",_argv);

??execlp函數

??execlp的使用測試：

//execlp函數，傳遞文件名（無需路徑）和參數列表
execlp("ls","ls","-a","-l",NULL);

??execle函數

??execle的使用測試：

//execle函數，傳遞參數列表和組裝的環(huán)境變量
execle("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL,env);

??execvp函數

??execvp的使用測試：

//使用execvp函數，傳遞文件名和數組
execvp("ls",_argv);

??execvpe函數

??execvpe的使用測試：

//execvpe函數，傳遞文件名，數組，需組織環(huán)境變量
execvpe("ls",_argv,env);

?

??execve函數（系統(tǒng)調用）

上面是exec系列的函數，事實上他們都調用execve，只有execve是真正的系統(tǒng)調用

??execve的使用測試：

exec.c:

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

int main(int argc,char* argv[],char* env[])
{
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        //子進程
        printf("子進程開始運行，pid:%d\n",getpid());
        sleep(3);

        char* const _argv[]={
           (char*) "ls",
           (char*) "-a",
           (char*) "-l",
            NULL
        };
        
        char* const _argv_mycmd[]={(char*)"mycmd",(char*)"-a",NULL};
        char* const _env_mycmd[]={(char*)"My_Path=11111",NULL};
        //系統(tǒng)調用execve
        execve("./mycmd",_argv_mycmd,_env_mycmd);
        exit(1);
    }
    else
    {
        //父進程
        printf("父進程開始運行，pid:%d\n",getpid());
        int status=0;
        pid_t id=waitpid(-1,&status,0);//阻塞等待
        if(id>0)
        {
            printf("wait seccess,exit code:%d\n",WEXITSTATUS(status));
        }
    }
    return 0;
}

?mycmd.c:

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

int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc!=2)
    {
        printf("can not execute!\n");
        exit(1);
    }

    printf("獲取環(huán)境變量:My_Path:%s\n",getenv("My_Path"));

    if(strcmp(argv[1],"-a")==0)
    {
        printf("hello a!\n");
    }
    else if(strcmp(argv[1],"-b")==0)
    {
        printf("hello b!\n");
    }
    else{
        printf("default!\n");
    }
    return 0;
}

成功將子進程程序替換為mycmd。

問題：為什么要創(chuàng)建子進程，在子進程中進行進程替換？

——如果不創(chuàng)建，那么我們替換的進程只能是父進程，如果創(chuàng)建了，替換的進程就是子進程，而不影響父進程。為了不想影響父進程，我們想讓父進程聚焦在讀取數據，解析數據，指派進程執(zhí)行代碼的功能！

文末結語，本篇結合前2篇內容詳細講解了進程控制，包含：進程創(chuàng)建，進程終止，終止碼，_exit，進程等待的必要性以及方法（wait，waitpid）阻塞式等待和非阻塞式等待，進程程序替換的替換原理以及6大替換函數和系統(tǒng)調用execve替換子進程程序，圖文并茂，使用例子測試代碼。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-614684.html

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