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??所屬專欄： Linux學(xué)習(xí)之旅
??每篇一句： 圖片來源
??操作環(huán)境： CentOS 7.6 阿里云遠程服務(wù)器
- Good judgment comes from experience, and a lot of that comes from bad judgment.
- 好的判斷力來自經(jīng)驗，其中很多來自糟糕的判斷力。
??前言
進程 創(chuàng)建后，需要對其進行合理管理，光靠 OS 是無法滿足我們的需求的，此時可以運用 進程 控制相關(guān)知識，對 進程 進行手動管理，如創(chuàng)建 進程、終止 進制、等待 進程 等，其中等待 進程 可以有效解決僵尸 進程 問題
汽車的中控臺，可以對汽車進行各種操作
???正文
本文涉及的代碼都是以 C語言 實現(xiàn)的
1、進程創(chuàng)建
在學(xué)習(xí) 進程控制 相關(guān)知識前，先要對回顧如何創(chuàng)建 進程，涉及一個重要的函數(shù) fork
1.1、fork函數(shù)
#include <unistd.h> //所需頭文件
pid_t fork(void); //fork 函數(shù)
fork 函數(shù)的作用是在當(dāng)前 進程 下，創(chuàng)建一個 子進程，子進程 創(chuàng)建后，會為其分配新的內(nèi)存塊和內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(PCB)，將 父進程 中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容拷貝給 子進程，同時還會繼承 父進程 中的環(huán)境變量表
- 進程具有獨立性，即使是父子進程，也是兩個完全不同的進程，擁有各自的
PCB - 假設(shè)
子進程發(fā)生改寫行為，會觸發(fā)寫時拷貝機制
fork 函數(shù)返回類型為 pid_t，相當(dāng)于 typedef int，不過是專門用于進程的，同時它擁有兩個返回值：
- 如果進程創(chuàng)建失敗，返回
-1 -
進程創(chuàng)建成功后
- 給子進程返回
0 - 給父進程返回子進程的
PID值
- 給子進程返回
通過代碼理解 進程 創(chuàng)建
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h> //進程等待相關(guān)函數(shù)頭文件
int main()
{
//創(chuàng)建兩個子進程
pid_t id1 = fork();
if(id1 == 0)
{
//子進程創(chuàng)建成功，創(chuàng)建孫子進程
pid_t id2 = fork();
if(id2 == 0)
{
printf("我是孫子進程，PID:%d PPID:%d\n", getpid(), getppid());
exit(1); //孫子進程運行結(jié)束后，退出
}
wait(0); //等待孫子進程運行結(jié)束
printf("我是子進程，PID:%d PPID:%d\n", getpid(), getppid());
exit(1); //子進程運行結(jié)束后，退出
}
wait(0); //等待子進程運行結(jié)束
printf("我是父進程，PID:%d PPID:%d\n", getpid(), getppid());
return 0; //父進程運行結(jié)束后，退出
}
觀察結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)，兩個子進程已經(jīng)成功創(chuàng)建，但最晚創(chuàng)建的進程，總是最先運行，這是因為 fork 創(chuàng)建進程后，先執(zhí)行哪個進程取決于調(diào)度器
得到子進程后，此時可以在一個程序中同時執(zhí)行兩個進程！(父進程非阻塞的情況下)
注意：fork 可能創(chuàng)建進程失敗
- 系統(tǒng)中的進程過多時
- 實際用戶的進程數(shù)超過了限制
1.2、寫時拷貝
在【進程地址空間】一文中，談到了寫時拷貝機制，實現(xiàn)原理就是通過 頁表+MMU 機制，對不同的進程進行空間尋址，達到出現(xiàn)改寫行為時，父子進程使用不同真實空間的效果
驗證寫時拷貝現(xiàn)象很簡單，創(chuàng)建子進程后，使其對生命周期長的變量作出修改，再觀察父子進程的結(jié)果即可
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h> //進程等待相關(guān)函數(shù)頭文件
const char* ps = "This is an Apple"; //全局屬性
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
ps = "This is a Banana"; //改寫
printf("我是子進程，我認為：%s\n", ps);
exit(0); //子進程退出
}
wait(0); //等待子進程退出
printf("我是父進程，我認為：%s\n", ps);
return 0;
}
不難發(fā)現(xiàn)，子進程對指針 ps 指向內(nèi)容做出改變時，父進程并不受影響，這就是寫時拷貝機制
- 通過地址打印，發(fā)現(xiàn)父子進程中的
ps地址一致，因為此時是虛擬地址 - 在虛擬地址相同的情況下，真實地址是不同的，得益于
頁表+MMU機制尋址不同的空間
寫時拷貝機制本質(zhì)上是一種按需申請資源的策略
注意：
- 寫時拷貝不止可以發(fā)生在常規(guī)棧區(qū)、堆區(qū)，還能發(fā)生在只讀的數(shù)據(jù)段和數(shù)據(jù)段
- 寫時拷貝后，生成的是副本，不會對原數(shù)據(jù)造成影響
2、進程終止
假設(shè)某個進程陷入了死循環(huán)狀態(tài)，可以通過特定方法終止此程序，如在命令行中莫名其妙輸入了一個指令，導(dǎo)致出現(xiàn)非正常情況，可以通過 ctrl + c 終止當(dāng)前進程；對于自己寫的程序，有多種終止方法，程序退出時，還會有一個退出碼，供 父進程 接收
2.1、退出碼
echo $?
main 函數(shù)中的最后一條語句 return 0 表示當(dāng)前程序的退出碼，0 表示程序正常退出，可以通過指令 echo $? 查看最近一次子進程運行的 退出碼
退出碼是給父進程看的，可以判斷子進程是否成功運行
子進程運行情況：
- 運行失敗或異常終止，此時出現(xiàn)終止信號，無退出碼
- 運行成功，返回退出碼，可能出現(xiàn)結(jié)果錯誤的情況
進程退出后，OS 會釋放對應(yīng)的 內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+代碼和數(shù)據(jù)
main 函數(shù)退出，表示整個程序退出，而程序中的函數(shù)退出，僅表示該函數(shù)運行結(jié)束
2.2、退出方式
對一個正在運行中的進程，存在兩種終止方式：外部終止和內(nèi)部終止，外部終止時，通過 kill -9 PID 指令，強行終止正在運行中的程序，或者通過 ctrl + c 終止前臺運行中的程序
內(nèi)部終止是通過函數(shù) exit() 或 _exit() 實現(xiàn)的
之前在程序編寫時，發(fā)生錯誤行為時，可以通過 exit(-1) 的方式結(jié)束程序運行，代碼中任意地方調(diào)用此函數(shù)，都可以提前終止程序
void exit(int status);
void _exit(int status);
這兩個退出函數(shù)，從本質(zhì)上來說，沒有區(qū)別，都是退出進程，但在實際使用時，還是存在一些區(qū)別，推薦使用 exit()
比如在下面這段程序中，分別使用 exit() 和 _exit() 觀察運行結(jié)果
int main()
{
printf("You can see me");
//exit(-1); //退出程序
//_exit(-1); //第二個函數(shù)
return 0;
}
使用 exit() 時，輸出語句
使用 _exit() 時，并沒有任何語句輸出
原因：
exit()是對_exit()做的封裝實現(xiàn)_exit()就只是單純的退出程序- 而
exit()在退出之前還會做一些事，比如沖刷緩沖區(qū)，再調(diào)用_exit() - 程序中輸出語句位于輸出緩沖區(qū)，不沖刷的話，是不會輸出內(nèi)容的
3、進程等待
僵尸進程 是一個比較麻煩的問題，如果不對其做出處理，僵尸進程 就會越來越多，導(dǎo)致 內(nèi)存泄漏 和 標(biāo)識符 占用問題
3.1、等待原因
子進程運行結(jié)束后，父進程沒有等待并接收其退出碼和退出狀態(tài)，OS 無法釋放對應(yīng)的 內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+代碼和數(shù)據(jù)，出現(xiàn) 僵尸進程
為了避免這種情況的出現(xiàn)，父進程可以通過函數(shù)等待子進程運行結(jié)束，此時父進程屬于阻塞狀態(tài)
注意：
- 進程的退出狀態(tài)是必要的
- 進程的執(zhí)行結(jié)果是非必要的
也就是說，父進程必須對子進程負責(zé)，確保子進程不會連累 OS，而子進程執(zhí)行的結(jié)果是否正確，需要我們自行判斷
3.2、等待函數(shù)
系統(tǒng)提供的父進程等待函數(shù)有兩個 wait() 和 waitpid()，后者比較常用
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int* status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int* status, int options);
wait() 函數(shù)前面已經(jīng)演示過了，這里著重介紹 waitpid() 返回值及其參數(shù)wait() 中的返回值和參數(shù)，包含在 waitpid() 中
返回值：
- 等待成功時，返回
>0的值 - 等待失敗時，返回
-1 - 等待中，返回
0
參數(shù)列表：
pid表示所等子進程的PIDstatus表示狀態(tài)，為整型，其中高16位不管，低16位中，次低8位表示退出碼，第7位表示core dump，低7位表示終止信號options為選項，比如可以選擇父進程是否需要阻塞等待子進程退出
需要特別注意 status
通過代碼演示 waitpid() 的使用
int main()
{
//演示 waitpid()
pid_t id = fork(); //創(chuàng)建子進程
if(id == 0)
{
int time = 5;
int n = 0;
while(n < time)
{
printf("我是子進程，我已經(jīng)運行了:%d秒 PID:%d PPID:%d\n", n + 1, getpid(), getppid());
sleep(1);
n++;
}
exit(244); //子進程退出
}
int status = 0; //狀態(tài)
pid_t ret = waitpid(id, &status, 0); //參數(shù)3 為0，為默認選項
if(ret == -1)
{
printf("進程等待失??！進程不存在！\n");
}
else if(ret == 0)
{
printf("子進程還在運行中！\n");
}
else
{
printf("進程等待成功，子進程已被回收\n");
}
printf("我是父進程, PID:%d PPID:%d\n", getpid(), getppid());
//通過 status 判斷子進程運行情況
if((status & 0x7F))
{
printf("子進程異常退出，core dump：%d 退出信號：%d\n", (status >> 7) & 1, (status & 0x7F));
}
else
{
printf("子進程正常退出，退出碼：%d\n", (status >> 8) & 0xFF);
}
return 0;
}
不發(fā)出終止信號，讓程序自然跑完
發(fā)出終止信號，強行終止進程
waitpid() 的返回值可以幫助我們判斷此時進程屬于什么狀態(tài)(在下一份測試代碼中表現(xiàn)更明顯)，而 status 的不同部分，可以幫助我們判斷子進程因何而終止，并獲取 退出碼(終止信號)
在進程的
PCB中，包含了int _exit_code和int _exit_signal這兩個信息，可以通過對status的位操作間接獲取其中的值
注意：
status的位操作需要多畫圖理解- 正常退出時，終止信號為0；異常終止時，退出碼沒有，兩者是互斥的
code dump現(xiàn)階段用不到，但它是伴隨著終止信號出現(xiàn)的
如果覺得 (status >> 8) & 0xFF 和 (status & 0x7F) 這兩個位運算難記，系統(tǒng)還提供了兩個宏來簡化代碼
WIFEXITED(status)判斷進程退出情況，當(dāng)宏為真時，表示進程正常退出WEXITSTATUS(status)相當(dāng)于(status >> 8) & 0xFF，直接獲取退出碼
3.3、等待時執(zhí)行
//options 參數(shù)
WNOHANG
//比如
waitpid(id, &status, WNOHANG);
父進程并非需要一直等待子進程運行結(jié)束(阻塞等待)，可以通過設(shè)置 options 參數(shù)，進程解除 夯 狀態(tài)，父進程變成 等待輪詢 狀態(tài)，不斷獲取子進程狀態(tài)(是否退出)，如果沒退出，就可以干點其他事
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h> //進程等待相關(guān)函數(shù)頭文件
int main()
{
//演示 waitpid()
pid_t id = fork(); //創(chuàng)建子進程
if(id == 0)
{
int time = 9;
int n = 0;
while(n < time)
{
printf("我是子進程，我已經(jīng)運行了:%d秒 PID:%d PPID:%d\n", n + 1, getpid(), getppid());
sleep(1);
n++;
}
exit(244); //子進程退出
}
int status = 0; //狀態(tài)
pid_t ret = 0;
while(1)
{
ret = waitpid(id, &status, WNOHANG); //參數(shù)3 設(shè)置為非阻塞狀態(tài)
if(ret == -1)
{
printf("進程等待失敗！進程不存在！\n");
break;
}
else if(ret == 0)
{
printf("子進程還在運行中！\n");
printf("我可以干一些其他任務(wù)\n");
sleep(3);
}
else
{
printf("進程等待成功，子進程已被回收\n");
//通過 status 判斷子進程運行情況
if(WIFEXITED(status))
{
printf("子進程正常退出，退出碼：%d\n", WEXITSTATUS(status));
break;
}
else
{
printf("子進程異常退出，code dump：%d 退出信號：%d\n", (status >> 7) & 1, (status & 0x7F));
break;
}
}
}
return 0;
}
程序正常運行，父進程通過 等待輪詢 的方式，在子進程執(zhí)行的同時，執(zhí)行其他任務(wù)
當(dāng)然也可以通過 kill -9 PID 命令使子進程異常終止
可以看到程序能分別捕捉到正常和異常的情況
注意：如果不寫進程等待函數(shù)，會引發(fā)僵尸進程問題
??總結(jié)
以上就是關(guān)于 Linux進程控制(創(chuàng)建、終止、等待) 的相關(guān)知識了，我們學(xué)習(xí)了 子進程 是如何被創(chuàng)建的，創(chuàng)建后又是如何終止的，以及 子進程 終止 父進程 需要做些什么，有了這些知識后，在對 進程 進行操作時能更加靈活和全面
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文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-782854.html
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