Linux——进程控制（创建终止等待程序替换）

Posted 2023-02-08 康x呀

Linux——进程控制

• 写时拷贝
• 进程终止
• 进程等待
• • 退出码的获取
• 程序替换

写时拷贝

进程的创建：
pit_t fork(void)

写时拷贝机制：
代码共享、数据独有

子进程创建后，给子进程重新开辟，把父进程的那些数据拷贝过来，这样才能保持独立，各有各的空间，但是如果子进程中根本就不访问这些数据，则空间开辟以及数据拷贝白费了，浪费了时间，浪费了内存。

为了独立，又为了提高效率，避免资源浪费，因此采用了写时拷贝技术：
思想：子进程创建流程：刚创建出来的时候，让子进程与父进程一样，映射一块物理内存，但是如果某块内存中的数据即将发生概念(任意一方要修改)，则给子进程针对这一块重新开辟空间，拷贝数据过去。

进程终止

man手册：-1：命令，-2：系统调用接口，-3：库函数接口
进程终止：如何退出一个进程
1.在main函数中return （return只有在main函数中才是退出程序的运行）
2.库函数：void exit（int retval），可以在任意位置调用退出程序的运行
3.系统调用接口：void_exit（int status）;可以在任意位置调用，退出程序的运行

库函数与系统调用接口的关系：库函数封装了系统调用
问题：exit与_exit的区别？
每次打印都要操作设备，如果有大量的小数据要打印或写入文件意味着每次写入都有操作，导致效率很低。
因此引入 ：“缓冲区”——作为中间的数据缓冲，可以将多次小数据积累成一个大数据一次性操作完成。标准的输出设备有一个特性：换行刷新缓冲区

因此库函数exit与系统调用_exit的区别在于：退出程序前是否会刷新缓冲区

exit与return在退出程序前都会刷新缓冲区，将还没有写入文件的数据写入到文件中，而_exit调用直接退出，不会刷新缓冲区，而是直接释放资源（有可能存在缓冲区中的数据丢失）

return后边的数字和exit的参数status的作用：设置进程的退出码
退出码只保留低八位（进程退出码尽量保持在0-255之间）

进程等待

进程等待：等待子进程等待，获取子进程退出码，释放子进程资源，避免子进程成为僵尸进程。
僵尸进程：子进程先于父进程退出，为了保存退出码，没有完全释放资源。
虽然不关心子进程的退出码，但是依然需要进行进程等待，因为要避免这个子进程成为僵尸进程。

那么如何进行进程等待？

int wait ( int * status);
功能：阻塞等待 任意一个 子进程的退出。
就意味着当前有子进程且都没有退出就会阻塞进程一直等待
阻塞等待：为了完成一个功能发起了一个调用，功能不能完成则一直等待
参数：int *status ——一个int整形空间地址，用于存放退出码
返回值：成功则返回处理的后的子进程的pid，失败则返回 -1（比如没有子进程）；

int waitpid (pid_t pid, int *status,int option);
功能：等待指定的子进程，以及可以进行非阻塞等待；
参数：pid_t pid 用于指定等待的子进程pid，如果为-1则表示等待任意一个子进程。
int *status 整形空间地址用于获取退出码
option：设置阻塞标志0 - 表示阻塞等待
返回值：大于零表示处理的退出子进程pid，等于0表示当前没有子进程退出（非阻塞，小于零表示出错了）；
非阻塞等待：当完成了一个功能，我们发起了一个调用，如果功能不能立即完成则接口立即报错返回。

进程等待操作（wait操作）：

waitpid操作：

非阻塞的用法 ：需要循环操作进行，不循环的话有可能这个操作根本就没有进行，如下：

但是如果在上述所说的1s之内就退出了子进程就退出了，那这1s秒钟没处理的时候就是僵尸进程。

./main之后：

问题:在进程等待之前,已经退出的子进程怎么办？

wait/waitpid并不是只处理刚退出的子进程，而是只要存在子进程退出，有已经成为僵尸进程的就直接处理返回。

退出码的获取

status在低16位里的高8位是退出码的位置，低7位的位置就是异常信号值，core dump标志；

进程的退出场景：
正常退出 —— return / exit / _exit退出
异常退出 —— 没有运行到正常退出位置中途崩溃了
core dump：核心转储，表示程序异常退出前将自己运行信息保存起来，便于调试
只有程序正常退出，那么进程的退出码获取才有意义；
因此在获取退出码之前，首先应该判断以下程序是否正常退出；

**程序崩溃的本质：**程序运行中发生的异常，都是内核检测到的，当程序异常时候，则系统检测后给进程会发送一个异常信号，表示一个异常事件。

获取异常退出信号值（异常信号=0就表示正常，否则不正常）：status &0×7f （与低7位相与操作）
（status >>8）& 0×ff —— 获取退出码

示例：

获取到了退出码：99

程序替换

程序替换：替换一个正在调度管理的程序

通常很少替换当前调度程序，而是创建子进程之后，替换子进程所运行的程序。

fork之后子进程与父进程干的事情相同，可以分摊压力，还有一种就是让子进程干其他事情，干活逻辑都是在if（fork == 0）这个判断中去完成，会导致代码庞大，不灵活。
因此创建子进程之后，根据不同工作任务，将子进程替换成不同程序，则代码模块可以灵活很多。
例如网络服务器：主程序逻辑一致 - 有请求来了，创建进程，根据不同的处理程序即可。

程序替换操作接口：
extern char **environ ; 这是一个全局变量的声明，这个全局变量保存了所有的环境变量。
int execve （char *pathname , char *argv[] , char *env[]）

     pathname:要替换的新程序的路径名
     argv：传递给新的程序的运行参数
     env：传递给新的程序的环境变量

返回值：失败返回 -1 ，成功返回0；

shell中会涉及程序运行环境的配置，我们的程序主要是传递数据，环境变量具有进程传递特性，可以通过环境变量给进程传递一些数据。

程序替换函数如果替换成功的话，则这个函数调用之后的代码就不会被执行，因为程序已经被替换成新的程序，而新的程序运行完毕之后，进程就退出了（不会返回回来运行原先的程序）。

替换进程之后，进程ID不变，PCB也不变。
这是一些execve函数的变形，根据具体需要进行查询即可。