《Linux从0到99》八 进程控制

Posted RONIN_WZ

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了《Linux从0到99》八 进程控制相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

LINUX进程控制

1. 进程创建（fork）

函数形式 pid_t fork();
头文件：#include <sys/types.h>提供pid_t的定义
功能：创建一个子进程。
参数：没有参数。
返回值：返回俩个值，子进程中返回值为0，父进程中返回值为子进程的pid号。出错返回-1。
实例：

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

int main()

    pid_t pid = fork();
    if(pid < 0 )
    
        perror("fork:");
        return 0;
    
    else if(pid == 0)//子进程实现
    
        printf("This is child! pid:%d ppid:%d\\n",getpid(),getppid());
        sleep(3);
    
    else//父进程实现
    
        printf("This is parents! pid:%d ppid:%d\\n",getpid(),getppid());
        sleep(3);
    
    sleep(30);
    return 0;
  • 进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：
  • 分配新的内存块和内核数据结构给子进程
  • 将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
  • 添加子进程到系统进程列表当中
  • fork返回，开始调度器调度

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。

2. 进程终止

进程退出场景：

  • 代码运行完毕，结果正确。
  • 代码运行完毕，结果错误。
  • 代码运行错误。

进程常见退出方法：

  • 从main返回
  • 调用exit或_exit
  • ctrl+c(异常退出)

01 _exit函数

函数原型： void _exit(int status);
头文件： #include <unistd.h>
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。
实例：

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

int main()

    printf("hello linux!");
    _exit(0);
    return 0;


并没有输出hello linux！这是因为_exit函数并不会刷新缓冲区，所以不会输出。

02 exit函数

函数原型： void exit(int status);
头文件： #include <stdlib.h>
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：
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

实例：

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

int main()

    printf("hello linux!");
    exit(0);
    return 0;


在这里输出hello linux是因为exit会刷新缓冲区。

03 atexit函数

函数原型： int atexit(void(*function)(void));
头文件：#include <stdilib.h>
参数： 参数为函数指针类型，接收一个函数的地址
实例：

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

void mycallback(void)

    printf("I am mycallback \\n");

int main()

    atexit(mycallback);
    printf("hello atexit\\n");
    return 0;

04 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。

3. 进程等待

01 进程等待的必要性

  • 首先，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。
  • 另外，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，父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道。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

02 进程等待的方法

a) wait函数

函数原型： pid_t wait(int*status);
头文件： #include<sys/types.h>和#include<sys/wait.h>
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

b) waitpid函数

函数原型： pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
头文件： #include<sys/types.h>和#include<sys/wait.h>
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。
  • status:
    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:
    WNOHANG: 若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回该子进程的ID

03 获取子进程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）

代码验证：

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

int main()

    pid_t pid=fork();
    if(pid < 0)
    
        perror("fork:");
        exit(1);
    
    else if(pid == 0)
    
        sleep(20);
        exit(10);
    
    else 
    
        int st;
        int ret = wait(&st);
        if(ret > 0 && (st & 0X7F) == 0)
            printf("child exit code : %d\\n",(st>>8)&0xFF);
        else if(ret > 0)
        
            printf("sig code : %d\\n", st&0x7F );


  • 进程的阻塞等待方式
#include <errno.h>
#include <sys/wait.h>

int main()

    pid_t pid = fork();
    if(pid<0)
    
        perror("fork:");
        exit(1);
    
    else if(pid == 0)
    
        printf("child is run, pid is : %d\\n",getpid());
        sleep(5);
        exit(1);
    
    else
    
        int status = 0;
        pid_t ret = waitpid(-1,&status,0);
        printf("this is test for wait\\n");
        if(WIFEXITED(status) && ret == pid)
        
            printf("wait child s success,child return code is %d.\\n",WIFEXITED(status));
        
        else
        
            printf("wait child failed,return.\\n");
            exit(1);
        
    
    return 0;

  • 进程的非阻塞等待方式
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

int main()

    pid_t pid = fork();
    if(pid < 0)
    
        perror("fork:");
        exit(0);
    
    if(pid == 0)
    
        printf("child is run! pid : %d\\n",getpid());
        sleep(5);
        exit(1);
    
    else  
    
        int status = 0;
        pid_t ret = 0;
        do
        
            ret = waitpid(-1,&status,WNOHANG);
            if(ret == 0)
            
                printf("child is running\\n");
            
            sleep(1);
        while(ret == 0);
        if(WIFEXITED(status) && ret == pid)
        
            printf("wait child success,child return code is : %d\\n",WIFEXITED(status));
        
        else 
        
            printf("wait child fild,return!\\n");
            exit(1);
        
    
    return 0;

5. 进程替换

01 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,从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程,所以调用exec前后该进程的id并未改变

02 进程替换函数

头文件： #include <unistd.h>
函数原型：

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

函数解释：

  • 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：

  • 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
函数名参数格式是否带路径是否使用当前环境变量
execl列表不是是
execlp列表是是
execle列表不是不是，须自己组装环境变量
execv数组不是是
execvp数组是是
execve数组不是不是，须自己组装环境变量

6. 利用所学知识做一个简易的shell

shell读取新的一行输入，建立一个新的进程，在这个进程中运行程序 并等待这个进程结束。
所以要写一个shell，需要循环以下过程:

  1. 获取命令行
  2. 解析命令行
  3. 建立一个子进程（fork）
  4. 替换子进程（execvp）
  5. 父进程等待子进程退出（wait）

代码：

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

#define MAX_CMD 1024
char command[MAX_CMD];

int do_face()

    memset(command,0X00,MAX_CMD);
    printf("myshell$");
    fflush(stdout);
    if(scanf("%[^\\n]%*c",command)==0)
    //  scanf("%[^\\n]%*c",command)表示读入一行字符串。
    //  ^表示"非"，[^\\n]表示读入换行字符就结束读入。
    //  *表示该输入项读入后不赋予任何变量，即scanf("%*[^\\n]%*c",command)表示跳过一行字符串
    
        getchar();
        return -1;
    
    return 0;

char **do_parse(char *buff)

    int argc = 0;
    static char* argv[32];
    char* ptr = buff;
    while(*ptr != '\\0')
    
        if(!isspace(*ptr))
        
            argv[argc++] = ptr;
            while((!isspace(*ptr)) && (*ptr!='\\0'))
            
                ptr++;
            
        
        else 
        
            while(isspace(*ptr))
            
                *ptr = '\\0';
                ptr++;
            
        
    
    argv[argc]=NULL;
    return argv;


int do_exec(char *buff)

    char **argv =NULL;
    int pid = fork();
    if(pid == 0)
    
        argv =do_parse(buff);
        if(argv[0] == NULL)
        
            exit(0);
        
        execvp(argv[0],argv);
    
    else 
    
        waitpid(pid,NULL,0);
    
    return 0;


int main(int argc, char *argv[])

    while(1)
    
        if(do_face()<0)
            continue;
        do_exec(command);
    
    return 0;


以上就是这篇文章的所有内容啦，感谢老铁有耐心看完。有啥错误请多多指正哈！码字不易，希望大佬们点个赞

以上是关于《Linux从0到99》八 进程控制的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

《Linux从0到99》八 进程控制

《Linux从0到99》十一 进程信号

《Linux从0到99》十一 进程信号

《Linux从0到99》十一 进程信号

《Linux从0到99》六 进程概念 下

《Linux从0到99》六 进程概念 下