Linux --进程控制
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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 --进程控制相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
进程控制
创建进程
fork函数初始
在Linux中fork函数是非常重要的函数，它从已经存在的进程中创建一个新进程。新进程为子进程，而原进程为父进程
#include <unistd.h>
pid_t fork(void)
//返回值：子进程返回0，父进程返回子进程id，出错返回-1
父子进程立场：父进程不需要标识，子进程有需要标识。子进程是要执行任务的，父进程需要区分子进程，子进程不需要
进程调用fork,当控制转移到内核中的fork代码后，内核：
- 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
父子代码共享，父子不再写入时，数据也是共享的，当任意一方试图写入，以写时拷贝的方式各自有一份拷贝
共享是指父子进程对应的页表指向的是同一块物理内存
为何要写时拷贝？
- 进程具有独立性
- 为何不在创建时就分开？-》子进程不一定会使用父进程的所有数据， 写入，需要的时候a、按需分配b、延时分配 ，可以高效使用任何空间
代码90%不会写时拷贝，但是可以写时拷贝(进程替换)
fork常规用法
- 一个父进程希望复制自己，使父子进程执行不同的代码段
- 一个进程要执行一个不同的程序
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
进程退出场景
(可以通过echo $? 查看最近进程退出码)：
- 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(进程崩溃)
#include <stdio.h>
2 int main()
3 {
4 int a = 0;
5 int b = 0;
W> 6 int c = a + b;
7 return 0;
8 }
~
#include <stdio.h>
2 int main()
3 {
4 int a = 0;
5 int b = 0;
W> 6 int c = a + b;
7 return 10;
8 }
进程退出码：
0：只有一种情况
!0：失败有多种原因
每种退出码都有对应的意义，帮助确认失败的原因
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
int i;
for(i = 0;i<100;i++)
{
printf("%d :%s\\n",i,strerror(i));
}
return 10;
}
进程常见退出方法
正常终止
1、从main返回，只有main函数中的return代表退出
2、调用exit :在任何地方调用，都能终止
void exit(int status) status代表退出码
exit会释放进程曾占用的资源 eg:缓冲区
3、_exit 直接终止进程，不会做任何收尾工作
异常退出
- ctrl + c 信号终止
进程异常退出，退出码就没有意义了
_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
return退出
return 是一种常见的退出进程的方法，执行return 等同于执行exit(n),因为调用main的运行时函数会将main的返回值当作exit的参数
进程终止时的OS
先将该进程从进程列表及各种调度队列当中将该进程移除，然后释放其相关数据结构，释放内存，清理页表映射关系
进程等待
通常是由父进程完成
进程等待的必要性
- 子进程退出，如果父进程不进行相关处理，就可能会造成僵尸进程的问题，从而造成内存泄漏
- 进程一旦变成僵尸状态，kill -9也不能杀掉
- 父进程派给子进程的任务应该有反馈。父进程通过进程等待的方式，获取进程退出信息
进程的等待方法(由父进程调用)
wait
#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，不关心可设为NULL
//WIFEXITED(status)若为正常终止子进程返回的状态，则为真(查看进程是否正常退出)
//WEXISTATUS(status):若WIFEXITED非0，提取退出码(查看进程的退出码)
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
int i;
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//child
int count = 0;
while(count < 5)
{
printf("child:pid :%d,ppid :%d\\n",getpid(),getppid());
count++;
sleep(1);
}
}
else{
//father
printf("father:pid :%d,ppid :%d\\n",getpid(),getppid());
pid_t ret = wait(NULL);
if(ret >= 0)
{
printf("wait child success!,%d\\n",ret);
}
}
return 0;
}
在子进程运行期间，父进程wait的时候，父进程在等子进程退出，这种叫阻塞等待
父子进程谁先运行不确定，但是wait之后，大部分情况都是子进程先退出，父进程读取子进程退出的信息，父进程再退出
waitpid
pid_t wait(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
//如果设置了选项中WNOHANG，
//而调用中的waitpid发现没有已退出的子进程，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示错误所在
//options如果是WNOHANG/0阻塞
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//child
int count = 0;
while(count < 5)
{
printf("child:pid :%d,ppid :%d\\n",getpid(),getppid());
count++;
sleep(1);
}
}
else{
//father
printf("father:pid :%d,ppid :%d\\n",getpid(),getppid());
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id,&status,0);
if(ret >= 0)
{
printf("wait child success!,%d\\n",ret);
printf("status:%d\\n"status);
printf("child exit code :%d\\n",(status>>8)&0xFF );
printf("child get signal :%d\\n",status&0x7F );
}
}
进程异常时，本质是进程运行的时候出现了某种错误，导致进程收到信号
进程等待成功，意味着子进程退出
int main()
{
int i;
//创建10个进程
pid_t ids[10];
for(i = 0;i < 10;i++)
{
//child
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
int count = 10;
while(count >0)
{
printf("child:pid :%d,ppid :%d\\n",getpid(),getppid()); count--;sleep(1);
}exit(i);
}
//father
ids[i] = id;
}
int count = 0;
while(count < 10)
{
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(ids[count],&status,0);
if(WIFEXITED(status))
{
printf("child exit code:%d\\n",WEXITSTATUS(status));
}
else{
printf("child not exit normal\\n");
}
//printf("status:%d\\n",status);
//printf("child exit code :%d\\n",(status>>8)&0xFF );
//printf("child get signal :%d\\n",status&0x7F );
count++;
}
}
- 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,子进程存在正常运行时，则进程可能阻塞。阻塞：一直等待，什么也不做；非阻塞：也是等，不过不会因为条件不足而“卡住”
- 如果不存在子进程，则立即出错返回
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//child
int count = 0;
while(count < 10)
{
printf("I am child pid:%d,ppid:%d\\n",getpid(),getppid());
sleep(3);
count++;
}
exit(1);
}
while(1)
{
int status = 0;
pid_t ret =waitpid(id,&status,WNOHANG);
//ret>0等待成功，ret<0等待失败，ret=0阻塞
if(ret > 0)
{
printf("wait success1\\n");
printf("exit code :%d\\n",WEXITSTATUS(status));
break;
}
else if(ret == 0)
{
//child not quit,waitpid success
printf("father do other things\\n");
sleep(1);
}
else{
printf("waitpid error!\\n");
break;
}
//非阻塞接口的轮询检测方案
}
return 0;
}
进程程序替换
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。
不让子进程访问父进程的资源，把磁盘上某一程序的代码和数据，全部给子进程加载到新的物理内存当中，然后重新建立映射关系。子进程重新从磁盘上加载一个新的程序
替换函数
- int execl(const char* path,const char* arg,…);//…表示可变参数名，以NULL表结束
printf("I am a process\\n");
sleep(5);
execl("/usr/bin//ls","ls","-a","-i","-l",NULL);
printf("I am a process\\n");
sleep(5);
execl("/usr/bin/top","top",NULL);
//一经调用，调用成功便不再返回，已经把新程序的代码加载，覆盖老程序的代码
//后续代码不会执行，替换失败，后续不会收到影响
printf("hello\\n");//不会显示
execl系列函数，不需要判断返回值，只要返回就是失败
- int execlp(const char* file,const char* arg,…);
execlp("ls","ls","-a","-i","-l",NULL);
- int execle(const char* path,const char* arg,…,char* const envp[]);
- int execv(const char* path,const char* argv[]);
17 char * myargv[] = {
E> 18 "ls",
19 "-a",
20 "-i",
21 "-l",
22 NULL
23 };
24 execv("/usr/bin/ls",myargv);
25 exit(10);
26 }
- int execvp(const char* file,char *const argv[]);
char * myargv[] = {
"ls",
"-a",
"-i",
"-l",
NULL
};
exevp("ls",myargv);
- int execve(const char* file,char *const argv[]);
函数解释
- 函数如果调用成功则加载新的程序，不再返回
- 调用出错返回-1
- exec函数只有出错的返回值，没有成功的返回值
命名理解
- l(list):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):自己维护环境变量
Makefile
.PHONY:all
all:exec cmd
exec:exec.c
gcc -o $@ $^
cmd: mycmd.c
gcc -o $@ $^
.PHONY:clean
clean:
rm -f exec cmd
mycmd
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("I am a new exe, mycmd\\n");
return 0;
}
exec.c
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
printf("I am a process!\\n");
sleep(3);
execl("./cmd","cmd");
exit(10);
}
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id,&status,0);
if(ret > 0)
{
printf("signal:%d\\n",status & 0x7F);
printf("exit code:%d\\n",(status >> 8) & 0xFF);
}
shell 脚本举例
写脚本：
运行shell脚本
方法一：bash file.sh
方法二：chmod + x file.sh
用C调用脚本
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
printf("I am a process!\\n");
sleep(3);
execl("./test.sh","test.sh");
exit(10);
}
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id,&status,0);
if(ret > 0)
{
printf("signal:%d\\n",status & 0x7F);
printf("exit code:%d\\n",(status >> 8) & 0xFF);
}
通过调用程序获取被调用程序导入自定义环境变量
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
printf("I am a new exe, mycmd\\n");
printf("my env:%s\\n",getenv("MYENV"));
printf("os env:%s\\n",getenv("PATH"));
return 0;
}
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
printf("I am a process!\\n");
sleep(3);
execl("./mycmd","cmd");
exit(10);
}
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id,&status,0);
if(ret > 0)
{
printf("signal:%d\\n",status & 0x7F);
printf("exit code:%d\\n",(status >> 8) & 0xFF);
}
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