引言：

北京時(shí)間：2023/3/21/7:17，這篇博客本來昨天晚上就能開始寫的，但是由于筆試強(qiáng)訓(xùn)的原因，導(dǎo)致時(shí)間用在了做題上，通過快2個(gè)小時(shí)的垂死掙扎，我充分意識(shí)到了自己做題能力的缺陷和運(yùn)用新知識(shí)的缺陷，所以我需要把重心給轉(zhuǎn)移一下了，以后做題才是我的頭號(hào)目標(biāo)，雖然我在很久以前可能就說過這樣的話，但是這次我是認(rèn)真的，就算我做題不行，但是我看代碼還是行的，所以我每天必看一些做題代碼，來加深自己對(duì)知識(shí)的運(yùn)用，希望不久之后，能有所進(jìn)步吧！哪怕只是一絲絲！所以今天我們就來學(xué)習(xí)上篇博客剩下的有關(guān)進(jìn)程控制的內(nèi)容，和有關(guān)進(jìn)程程序替換的知識(shí)吧！

復(fù)習(xí)進(jìn)程等待

昨天已經(jīng)淺淺的了解了什么是進(jìn)程等待，進(jìn)程等待的目的就是為了終止僵尸進(jìn)程，回收僵尸進(jìn)程所占的資源，并且獲得進(jìn)程的退出碼和退出信號(hào)，并且我們了解了進(jìn)行進(jìn)程等待的兩個(gè)接口函數(shù)wait/waitpid，通過這兩個(gè)接口，我們就可以去調(diào)用操作系統(tǒng)提供給我們的系統(tǒng)調(diào)用，這樣就可以利用系統(tǒng)調(diào)用的形式來完成進(jìn)程等待了；我們昨天已經(jīng)知道使用wait接口就是用來等待一個(gè)進(jìn)程的子進(jìn)程，并且有代碼演示，這里不多做理解，昨天我們也了解了waitpid這個(gè)接口，發(fā)現(xiàn)該接口有三個(gè)參數(shù)，并且其中第一個(gè)參數(shù)pid，它的作用和wait的參數(shù)差不多，本質(zhì)就是為了等待一個(gè)進(jìn)程，pid=0等待的是該進(jìn)程的子進(jìn)程，pid>0，等待的則是任意一個(gè)pid相等的進(jìn)程，和第二個(gè)參數(shù)status，我們了解到，該參數(shù)是一個(gè)位圖結(jié)構(gòu)的參數(shù)，不單單是整形類型，本質(zhì)為位圖結(jié)構(gòu)就是為了可以同時(shí)從一個(gè)參數(shù)上獲取退出碼和退出信號(hào)兩個(gè)碼值，第三個(gè)參數(shù)options，就是用于判斷子進(jìn)程是否正常終止，父進(jìn)程是否繼續(xù)等待的問題，所以接下來，我們就承接這上篇博客，把剩下的有關(guān)位圖結(jié)構(gòu)，也就是有關(guān)status參數(shù)的知識(shí)再深入學(xué)習(xí)一下，如下：

繼續(xù)談status

上篇博客，我們了解到status是一個(gè)位圖結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)返回退出碼和退出信號(hào)，并且退出碼是由32個(gè)比特位中的后16個(gè)比特位中的次第8位構(gòu)成的，退出信號(hào)是由最后7個(gè)比特位構(gòu)成的（core down先不談），所以按照這個(gè)邏輯，此時(shí)我們想要拿到，status中的退出信號(hào)和退出碼是有辦法的，沒錯(cuò)，就是使用我們?cè)贑語言中所學(xué)的位運(yùn)算的概念，具體這里不多做講解（具體就是左移和右移），左移以為表示的就是該值乘2，右移一位表示的就是除2，并且還涉及到了按位或、按位與、按位異或的知識(shí)，如下圖：

通過上述的 （status >> 8）& 0xFF、status & 0x7F 此時(shí)我們就可以獲得該進(jìn)程的退出碼和退出信號(hào)了，但是要知道，上述獲取子進(jìn)程退出碼和退出信號(hào)的方式，是我們自己通過位圖結(jié)構(gòu)的概念，通過位運(yùn)算獲得的，但是注意，在Linux操作系統(tǒng)內(nèi)部，它本身是為我們提供了獲取子進(jìn)程退出碼和退出信號(hào)的方式，如下圖：

所以按照我們上述所說，父進(jìn)程就可以通過使用waitpid接口，來調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，從而獲取子進(jìn)程的退出碼和退出信號(hào)，但是具體在調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用接口的時(shí)候，本質(zhì)上這些工作還是由我們的操作系統(tǒng)來完成了，因?yàn)橹挥胁僮飨到y(tǒng)才有獲取進(jìn)程退出碼和退出信號(hào)的資格，所以此時(shí)就有一個(gè)問題，就是父進(jìn)程具體是如何通過操作系統(tǒng)來獲取子進(jìn)程的退出碼和退出信號(hào)呢？

首先明白，無論是父進(jìn)程還是子進(jìn)程，它們都是一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程，所以每個(gè)進(jìn)程都擁有自己的地址空間，進(jìn)程pcb、頁表和物理內(nèi)存等資源；并且明白，子進(jìn)程pcb內(nèi)不僅有從父進(jìn)程pcb中繼承的相關(guān)屬性，而且還有兩個(gè)和子進(jìn)程退出碼和退出信號(hào)至關(guān)重要的屬性 （int exit_code ，int exit_signal） ，從該屬性的名字就可以看出，這兩個(gè)子進(jìn)程pcb屬性代表的就是進(jìn)程退出碼和退出信號(hào)，表示的僅僅就是兩個(gè)整數(shù)而已；
明白了這些之后，此時(shí)就可以回答該問題了，如下：
當(dāng)子進(jìn)程執(zhí)行完畢之時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)將main函數(shù)對(duì)應(yīng)的返回值寫到該進(jìn)程pcb的int exit_code當(dāng)中，如果該進(jìn)程異常，則將對(duì)應(yīng)的退出信號(hào)寫到該進(jìn)程pcb的int exit_signal當(dāng)中，并且最后在進(jìn)程退出之后，操作系統(tǒng)會(huì)將該進(jìn)程的pcb維護(hù)起來，所以當(dāng)該子進(jìn)程pcb被操作系統(tǒng)維護(hù)起來之后，此時(shí)父進(jìn)程就可以通過調(diào)用系統(tǒng)接口 wait/waitpid 通過操作系統(tǒng)來去找到該退出進(jìn)程對(duì)應(yīng)的進(jìn)程pcb，可以找到子進(jìn)程pcb的具體原理是因?yàn)?，父進(jìn)程在調(diào)用waitpid接口的時(shí)候，已經(jīng)把子進(jìn)程的pid告訴了父進(jìn)程（也就是傳參的時(shí)候已經(jīng)把進(jìn)程子pid給給了waitpid接口），所以最后通過子進(jìn)程pid，進(jìn)而找到該子進(jìn)程的pcb，進(jìn)而找到pcb中的該子進(jìn)程的退出碼 int exit_code 和退出信號(hào) int exit_signal，最后再利用waitpid中的第二個(gè)參數(shù)status（輸出型參數(shù)）將退出碼和退出信號(hào)返回給父進(jìn)程（當(dāng)然也就是上述的ret_id變量）

總：父進(jìn)程獲取子進(jìn)程的退出碼和退出信號(hào)的本質(zhì)就是通過操作系統(tǒng)讀取子進(jìn)程的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（pcb）

并且有的同學(xué)非常的好奇，就是有沒有一種可能，就是父進(jìn)程在等待的時(shí)候，子進(jìn)程一直沒有退出呢？或者說父進(jìn)程在等待的時(shí)候具體是在干什么呢？

所以此時(shí)我們就借著上述問題來談一談，什么是阻塞等待和非阻塞輪詢等待

首先我們要明白，當(dāng)子進(jìn)程沒有退出的時(shí)候，父進(jìn)程在干什么呢？
談到這個(gè)，此時(shí)又不得不談?wù)剋aitpid的第三個(gè)參數(shù)，options，上篇博客我們說了，這個(gè)參數(shù)的作用就是用于判斷子進(jìn)程是否正常終止，父進(jìn)程是否繼續(xù)等待問題，并且該參數(shù)我們默認(rèn)給給的是一個(gè)叫 WNOHANG 的參數(shù)，具體意思：就是用于判斷該子進(jìn)程是否終止，如果該子進(jìn)程未終止，那么此時(shí)waitpid()函數(shù)就返回0，如果該子進(jìn)程終止，則返回該子進(jìn)程的pid，此時(shí)就可以很好的通過這第三個(gè)參數(shù)來判斷一個(gè)進(jìn)程的子進(jìn)程是否處于終止?fàn)顟B(tài)，所以明白了這點(diǎn)，此時(shí)就可以明白父進(jìn)程是可以通過該參數(shù)來控制自己的行為，也就是上述所說的阻塞等待和非阻塞輪詢等待！

談?wù)劯高M(jìn)程的阻塞等待

從上述的知識(shí)，我們可以知道，如果waitpid()函數(shù)返回0，表示的就是該子進(jìn)程沒有結(jié)束，子進(jìn)程沒有結(jié)束，那么父進(jìn)程此時(shí)可以干什么呢？首先第一種情況，父進(jìn)程一直在調(diào)用waitpid進(jìn)行等待 ，此時(shí)的一直進(jìn)行等待，本質(zhì)上表示的就是阻塞等待，也就是表示父進(jìn)程此時(shí)從本來的正常運(yùn)行狀態(tài)變成了一個(gè)阻塞狀態(tài)，變成了一個(gè)等待子進(jìn)程的狀態(tài)；所以我們可以明白，當(dāng)父進(jìn)程處于阻塞狀態(tài)之時(shí)，父進(jìn)程是不在CPU的運(yùn)行隊(duì)列之中，而是在某一個(gè)阻塞隊(duì)列之中；并且此時(shí)再深入理解，還可以明白，父進(jìn)程處于阻塞等待之時(shí)，子進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)，那么等子進(jìn)程執(zhí)行完之后呢？父進(jìn)程如何從阻塞狀態(tài)重新變成運(yùn)行狀態(tài)來為子進(jìn)程收尸呢？ 談到這個(gè)問題，此時(shí)就又涉及到了，子進(jìn)程的進(jìn)程pcb，在子進(jìn)程pcb內(nèi)部，我們可以理解存在一個(gè)指向父進(jìn)程的指針，所以當(dāng)子進(jìn)程一但退出（注意此時(shí)父進(jìn)程肯定是不在運(yùn)行隊(duì)列，而是在阻塞隊(duì)列的），此時(shí)子進(jìn)程就可以利用pcb中指向父進(jìn)程的指針，重新找到父進(jìn)程（喚醒），此時(shí)父進(jìn)程檢測(cè)到之后（被喚醒），就又會(huì)從阻塞狀態(tài)變成運(yùn)行狀態(tài)，然后被操作系統(tǒng)又重新鏈接到運(yùn)行隊(duì)列之中，最后父進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行 wait/waitpid，最終就將子進(jìn)程給回收

所以上述就是父進(jìn)程阻塞等待全過程

談?wù)劯高M(jìn)程的非阻塞輪詢等待

搞懂了上述父進(jìn)程的阻塞等待，此時(shí)就可以明白父進(jìn)程肯定還有一種非阻塞等待（畢竟我是父進(jìn)程，你是小子，我才是老子，我憑什么一定要等你呢？）所以，此時(shí)還是同理，當(dāng)我們通過waitpid()函數(shù)的返回值，判斷出該子進(jìn)程還沒有結(jié)束時(shí)，我們就可以讓父進(jìn)程不需要一直進(jìn)行等待（不需要一直處于阻塞狀態(tài)），具體代碼如下：

所以此時(shí)通過上述的代碼，我們就可以很好的理解什么是父進(jìn)程的阻塞等待和非阻塞輪詢等待了，并且可以將其很好的抽象成一個(gè)生活中場(chǎng)景，如下：

場(chǎng)景一：
周末出去玩，李四打電話給張三，問張三去不去，此時(shí)張三說去，但是要準(zhǔn)備一下（子進(jìn)程未終止），李四說好，我等你（父進(jìn)程等待），但是電話別掛（阻塞等待）
場(chǎng)景二：
如法炮制，還是周末出去玩，李四打電話給張三，問張三去不去，張三還是去，并且也還是需要準(zhǔn)備一下，此時(shí)李四還是說好，但是此時(shí)李四卻把電話給掛斷了，在電話掛斷之后，李四想了想也去準(zhǔn)備了一下，過了一會(huì)之后，李四準(zhǔn)備的差不多了，就又打電話給張三，張三卻還是沒有準(zhǔn)備好，此時(shí)李四就又把電話掛了，又去準(zhǔn)備東西了，同理，李四一直打電話問張三好了沒有（非阻塞輪詢等待），而張三卻一直沒好，直到最后好了（子進(jìn)程終止）

所以上述的兩種情況（李四給張三打電話，表示的就是父進(jìn)程使用waitpid()等待子進(jìn)程，）第一種情況電話不掛表示的就是父進(jìn)程處于阻塞隊(duì)列，這種情況也就是阻塞調(diào)用；第二種情況，表示我打完電話，問完情況，我們把電話掛掉，此時(shí)表示的就是父進(jìn)程不處于阻塞等待，也就是表示該調(diào)用，此時(shí)是屬于非阻塞調(diào)用，（非阻塞調(diào)用的好處，就是父進(jìn)程可以干自己想干的事情，例：準(zhǔn)備自己的東西）

所以上述的兩種場(chǎng)景就是父進(jìn)程阻塞等待和非阻塞等待的兩個(gè)現(xiàn)實(shí)生活抽象場(chǎng)景，可以非常好的凸顯出父進(jìn)程等待的兩種情況

總：父進(jìn)程可以通過參數(shù)進(jìn)行判斷，然后來控制自己的行為，也就是上述所說的阻塞等待和非阻塞輪詢等待！

總結(jié)：進(jìn)程控制的三個(gè)話題：進(jìn)程創(chuàng)建、進(jìn)程等待、進(jìn)程終止此時(shí)就算告一段落啦！現(xiàn)在讓我們呢一起開始新知識(shí)的學(xué)習(xí)吧！

進(jìn)程替換

搞定了上述的知識(shí)，此時(shí)我們就進(jìn)入今天的正菜，什么是進(jìn)程替換，在弄懂什么是進(jìn)程替換之前，我們引入一個(gè)問題，就是為什么要?jiǎng)?chuàng)建子進(jìn)程？所以我們要明白，我們創(chuàng)建子進(jìn)程的目的：就是為了讓子進(jìn)程幫我執(zhí)行某些特定的任務(wù)，但是此時(shí)讓子進(jìn)程去執(zhí)行某些代碼的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)如下兩種情況：

1. 讓子進(jìn)程執(zhí)行父進(jìn)程的部分代碼，也就是一個(gè)可執(zhí)行文件中的部分代碼（這些代碼本質(zhì)都是屬于父進(jìn)程）
2. 子進(jìn)程想要執(zhí)行一個(gè)全新的屬于自己的代碼（本質(zhì)就是不想執(zhí)行父進(jìn)程的代碼）

所以碰到上述第二種情況，此時(shí)就可以引出我們的新概念：進(jìn)程程序替換

如下圖：就是一個(gè)最簡單的進(jìn)程程序替換demo

所以使用execl接口的本質(zhì)就是進(jìn)行進(jìn)程的切換，讓該可執(zhí)行文件形成的進(jìn)程去執(zhí)行Linux操作系統(tǒng)中bin目錄下的ls指令（ls可執(zhí)行文件），也就是表明，當(dāng)我們使用了進(jìn)程替換函數(shù)時(shí)，我們可以在任意一個(gè)可執(zhí)行文件中執(zhí)行任意的指令，本質(zhì)是進(jìn)程替換

總：進(jìn)程程序替換，就是讓一個(gè)進(jìn)程去執(zhí)行另一個(gè)在磁盤（Linux操作系統(tǒng)下的bin目錄）當(dāng)中的程序（可執(zhí)行文件），把一個(gè)新的程序運(yùn)行起來

程序替換的原理

首先明白，創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，該進(jìn)程肯定是有對(duì)應(yīng)的pcb、頁表、地址空間和物理內(nèi)存，所以我們就從這些進(jìn)程的必要條件入手，來看看進(jìn)程替換到底是什么，如下圖：

從圖中，我們可以了解到以下知識(shí)：
當(dāng)前進(jìn)程的代碼等數(shù)據(jù)是需要通過頁表映射到物理內(nèi)存的特定區(qū)域，所以當(dāng)一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行了部分代碼后，當(dāng)其執(zhí)行到了系統(tǒng)調(diào)用接口（execl等……），進(jìn)程此時(shí)就會(huì)根據(jù)我所傳入的程序的路徑（Linux操作系統(tǒng)下的bin目錄）和我要執(zhí)行的程序的名稱和選項(xiàng)（“l(fā)s” “a”），然后把磁盤當(dāng)中（通過對(duì)應(yīng)的路徑找到bin）的其它的程序的代碼和數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存，最后用新程序的代碼來替換我們?cè)绦蛑械拇a，用新程序的數(shù)據(jù)來替換原程序中的數(shù)據(jù)（這個(gè)過程不是在地址空間完成的，是在物理內(nèi)存中完成的）；所以總的來說： 程序在替換時(shí)，就相當(dāng)于原進(jìn)程的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不變，把原進(jìn)程在物理內(nèi)存中的代碼和數(shù)據(jù)替換為新進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)（從磁盤中加載），此時(shí)這個(gè)行為的發(fā)生就叫做程序替換。

并且要明白，進(jìn)程在進(jìn)行程序替換的時(shí)候，是沒有創(chuàng)建新的進(jìn)程的，本質(zhì)還是程序替換的本質(zhì)。

并且此時(shí)明白，可以進(jìn)行進(jìn)程程序替換的接口一共有7個(gè)，此時(shí)我們已學(xué)其一，剩下的6個(gè)都是同理，只是在使用上不同而已，所以我們今天淺淺的摸了一下程序替換就行了（明天要晨跑），今天博客就這樣吧！撤了！

補(bǔ)充小知識(shí)點(diǎn)：

fork函數(shù)的兩個(gè)返回值淺顯理解：一個(gè)是父進(jìn)程返回子進(jìn)程的pid，一個(gè)是子進(jìn)程沒有子進(jìn)程所以返回0，感興趣的同學(xué)，可以參看下面這個(gè)鏈接；為什么fork有兩個(gè)返回值

北京時(shí)間：2023/3/21/22:45
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-831581.html

總結(jié)：像程序替換（execl）這樣的系統(tǒng)接口，等我們學(xué)到了文件操作和網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，我們就經(jīng)常會(huì)談到，并且會(huì)用到更多，所以革命還未勝利，挑戰(zhàn)任在繼續(xù)，加油吧，少年！

到了這里，關(guān)于學(xué)習(xí)系統(tǒng)編程N(yùn)o.7【進(jìn)程替換】的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！