[Linux 高并发服务器]进程控制

Posted 2021-11-02 鱼竿钓鱼干

[Linux 高并发服务器]进程控制

此博客为牛客项目教程：Linux高并发服务器 的笔记，很多内容摘自其中

进程退出

C库和Linux系统都提供了进程退出函数exit()和_exit()
exit()在_exit()的基础上还进行了刷新缓冲区，关闭文件描述符等操作
对比代码

/*
    #include <stdlib.h>
    void exit(int status);

    #include <unistd.h>
    void _exit(int status);

    status参数：是进程退出时的一个状态信息。父进程回收子进程资源的时候可以获取到。
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main() {

    printf("hello\\n");
    printf("world");

    // exit(0);
    _exit(0);
    
    return 0;
}

对比exit(0)和_exit(0)的输出结果，我们发现exit(0)正常输出了helloword,而_exit(0)由于没有刷新缓冲区，所以只输出了hello

孤儿进程 Orphan Process

父进程已经结束而子进程还没结束，那么这个子进程就会变成孤儿进程（Orphan Process）。子进程变成孤儿进程后会被init进程领养，一直进行wait()，并在子进程生命周期结束后进行善后工作

因为有init进程领养并善后，因此孤儿进程没什么危害

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

int main() {

    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();

    // 判断是父进程还是子进程
    if(pid > 0) {

        printf("i am parent process, pid : %d, ppid : %d\\n", getpid(), getppid());

    } else if(pid == 0) {
        sleep(1);
        // 当前是子进程
        printf("i am child process, pid : %d, ppid : %d\\n", getpid(),getppid());
       
    }

    // for循环
    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("i : %d , pid : %d\\n", i , getpid());
    }

    return 0;
}

观察运行结果，可以发现子进程的ppid变成了1，也就是说它的父进程变为了pid为1的init进程

另外一个特点是，父进程和子进程的输出并不在同一个终端前台中。原因是程序里的父进程的父进程是当前终端，父进程在终端前台输出结束后，回到了终端前台。但这个时候子进程还没结束并且被init进程领养，所以又重新开了个终端前台

僵尸进程 Zombie Process

每个进程结束之后, 都会释放自己地址空间中的用户区数据，内核区的 PCB 没有办法自己释放掉，需要父进程去释放。

因此如果，进程终止时，父进程尚未回收，子进程残留资源（PCB）存放于内核中，变成僵尸（Zombie）进程。

僵尸进程不能被 kill -9 杀死，这样就会导致一个问题，如果父进程不调用 wait() 或 waitpid() 的话，那么保留的那段信息就不会释放，其进程号就会一直被占用，但是系统所能使用的进程号是有限的，如果大量的产生僵尸进程，将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程，此即为僵尸进程的危害，应当避免。

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

int main() {

    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();

    // 判断是父进程还是子进程
    if(pid > 0) {
        while(1) {
            printf("i am parent process, pid : %d, ppid : %d\\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }

    } else if(pid == 0) {
        // 当前是子进程
        printf("i am child process, pid : %d, ppid : %d\\n", getpid(),getppid());
       
    }

    // for循环
    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("i : %d , pid : %d\\n", i , getpid());
    }

    return 0;
}

倒数第3行就是产生的僵尸进程，可以发现它的STAT=Z+表示僵尸进程，并且被标注了defunct

因为父进程已经没法回收这个子进程了，所以我们可以选择杀死父进程，然后交给init进程来领养善后（大义灭亲啊）但是我们一般用wai()或者waitpid()来让父进程回收子进程资源，因为实际操作中一般不能直接去杀死父进程

进程回收

在每个进程退出的时候，内核释放该进程所有的资源、包括打开的文件、占用的内存等。但是仍然为其保留一定的信息，这些信息主要主要指进程控制块PCB的信息（包括进程号、退出状态、运行时间等）。

父进程可以通过调用wait或waitpid得到它的退出状态同时彻底清除掉这个进程。

wait() 和 waitpid() 函数的功能一样，区别在于，wait() 函数会阻塞，waitpid() 可以设置不阻塞（默认阻塞），waitpid() 还可以指定等待哪个子进程结束。

wait()的阻塞可以理解为，wait()函数需要一直等到子进程结束才会去执行。非阻塞即使子进程还在，也立即返回

注意：一次wait或waitpid调用只能清理一个子进程，清理多个子进程应使用循环

wait

/*
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/wait.h>
    pid_t wait(int *wstatus);
        功能：等待任意一个子进程结束，如果任意一个子进程结束了，此函数会回收子进程的资源。
        参数：int *wstatus
            进程退出时的状态信息，传入的是一个int类型的地址，传出参数。
        返回值：
            - 成功：返回被回收的子进程的id
            - 失败：-1 (所有的子进程都结束，调用函数失败)

    调用wait函数的进程会被挂起（阻塞），直到它的一个子进程退出或者收到一个不能被忽略的信号时才被唤醒（相当于继续往下执行）
    如果没有子进程了，函数立刻返回，返回-1；如果子进程都已经结束了，也会立即返回，返回-1.

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


int main() {

    // 有一个父进程，创建5个子进程（兄弟）
    pid_t pid;

    // 创建5个子进程
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pid = fork();
        if(pid == 0) {
            break;
        }
    }

    if(pid > 0) {
        // 父进程
        while(1) {
            printf("parent, pid = %d\\n", getpid());

            // int ret = wait(NULL);
            int st;
            int ret = wait(&st);

            if(ret == -1) {
                break;
            }

            if(WIFEXITED(st)) {
                // 是不是正常退出
                printf("退出的状态码：%d\\n", WEXITSTATUS(st));
            }
            if(WIFSIGNALED(st)) {
                // 是不是异常终止
                printf("被哪个信号干掉了：%d\\n", WTERMSIG(st));
            }

            printf("child die, pid = %d\\n", ret);

            sleep(1);
        }

    } else if (pid == 0){
        // 子进程
         while(1) {
            printf("child, pid = %d\\n",getpid());    
            sleep(1);       
         }

        exit(0);
    }

    return 0; // exit(0)
}

上面代码设置成可以手动杀死子进程，wait函数一旦发现子进程结束了，就回收这个子进程，如果所有子进程全部结束了，那么就返回-1.
同时，通过wait的传出参数，我们可以获得退出的状态

waitpid

/*
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/wait.h>
    pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);
        功能：回收指定进程号的子进程，可以设置是否阻塞。
        参数：
            - pid:
                pid > 0 : 某个子进程的pid
                pid = 0 : 回收当前进程组的所有子进程    
                pid = -1 : 回收所有的子进程，相当于 wait()  （最常用）
                pid < -1 : 某个进程组的组id的绝对值，回收指定进程组中的子进程，比如要回收进程组2中的子进程，那么输入pid=-2
            - options：设置阻塞或者非阻塞
                0 : 阻塞
                WNOHANG : 非阻塞
            - 返回值：
                > 0 : 返回子进程的id
                = 0 : options=WNOHANG, 表示还有子进程或者
                = -1 ：错误，或者没有子进程了
*/
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {

    // 有一个父进程，创建5个子进程（兄弟）
    pid_t pid;

    // 创建5个子进程
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pid = fork();
        if(pid == 0) {
            break;
        }
    }

    if(pid > 0) {
        // 父进程
        while(1) {
            printf("parent, pid = %d\\n", getpid());
            sleep(1);

            int st;
            // int ret = waitpid(-1, &st, 0);
            int ret = waitpid(-1, &st, WNOHANG);

            if(ret == -1) {
                break;
            } else if(ret == 0) {
                // 说明还有子进程存在
                continue;
            } else if(ret > 0) {

                if(WIFEXITED(st)) {
                    // 是不是正常退出
                    printf("退出的状态码：%d\\n", WEXITSTATUS(st));
                }
                if(WIFSIGNALED(st)) {
                    // 是不是异常终止
                    printf("被哪个信号干掉了：%d\\n", WTERMSIG(st));
                }

                printf("child die, pid = %d\\n", ret);
            }
           
        }

    } else if (pid == 0){
        // 子进程
         while(1) {
            printf("child, pid = %d\\n",getpid());    
            sleep(1);       
         }
        exit(0);
    }

    return 0; 
}

tips:父进程和子进程可以不在同一个进程组当中