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Linux的奇妙冒险——进程pcb第二讲

news 2025/8/21 9:22:07

进程控制

一.fork函数初识
二.进程替换
三.进程常见问题
- 1.退出码
- 2.exit函数
四.回收进程（进程等待）
- 1.wait/waitpid方法
- 2. 等待回收过程
- 3.子进程status

一.fork函数初识

在这里插入图片描述
fork()函数用于创建一个新进程,这个新进程被称为子进程。它是由父进程调用并创建的。

调用fork()后,父进程和子进程会各自得到一个返回值:

子进程中返回0，父进程返回子进程id，出错返回-1

具体用法：
通过检查返回值,进程可以判断自己是父进程还是子进程,从而执行不同的代码逻辑。

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

如下给一段代码，在fork前只有父进程再走，在fork后变成两个进程

在这里插入图片描述
运行结果：

需要知道的是子进程是父进程的副本,但两者是独立的进程,可以并行执行。在执行代码时运用了写时拷贝，即只有在子进程需要修改数据时，系统分配对应的内存空间并通过页表映射。

具体实现我们放在虚拟内存章节再谈。

fork的常规用法：

一个父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段。例如，父进程等待客户端请求，生成子进程来处理请求。
一个进程要执行一个不同的程序。例如子进程从fork返回后，调用exec函数

二.进程替换

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。

常见的替换函数

在这里插入图片描述

这几个函数差异在于第二个参数，以l结尾的是多个参数代表命令行参数，以v结束则是命令行参数指针表。

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

事实上,只有execve是真正的系统调用,其它五个函数最终都调用 execve,所以execve在man手册第2节,其它函数在man手册第3节。这些函数之间的关系如下图所示。

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函数解释
这些函数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。

做一个小实验通过进程替换执行pwd
在这里插入图片描述

六种方式皆可替换
在这里插入图片描述

三.进程常见问题

1.退出码

退出代码是程序在完成执行后返回给其调用者的数值代码。它用于指示程序执行是否成功或失败，以及在失败的情况下提供有关失败原因的一些信息。

通常情况下，退出代码为 0 表示程序成功完成执行，而任何非零值则表示程序在执行过程中遇到了某种错误。不同的非零退出代码可以表示不同类型的错误。
在这里插入图片描述
通过echo $?可以查到上一条命令的退出码

2.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

exit最后也会调⽤_exit, 但在调⽤_exit之前，还做了其他⼯作：

执⾏⽤户通过 atexit或on_exit定义的清理函数。
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关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写⼊
调⽤_exit

return 退出：
return是⼀种更常⻅的退出进程⽅法。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。

四.回收进程（进程等待）

1.wait/waitpid方法

在这里插入图片描述

1.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。
2.status: 输出型参数
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，提取⼦进程退码。（查看进程的退出码）
3.options:默认为0，表⽰阻塞等待,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。

2. 等待回收过程

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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，⼦进程存在且正常运⾏，则进程可能阻塞。
如果不存在该⼦进程，则⽴即出错返回

3.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）

status 主要告诉我们两件事之一：

1.进程是如何终止的？（正常退出还是被信号杀死？）

2.它的退出码（Exit Code）或导致其终止的信号（Signal）是什么？
在这里插入图片描述
在具体获得退出码和终止信号时，我们可以采用系统提供的宏函数
WIFEXITED(status)

#define WIFEXITED(status)  (((status) & 0x7F) == 0)
// 0x7F 的二进制是 01111111，与 status 进行按位与操作后，
// 可以提取出低7位。如果结果为0，则正常退出。

WEXITSTATUS(status)

#define WEXITSTATUS(status)  (((status) >> 8) & 0xFF)
// 1. (status >> 8): 将 status 右移 8 位，使高8位移动到低8位的位置。
// 2. & 0xFF: 与 0xFF（二进制 11111111）进行按位与操作，确保只取这8位，屏蔽掉其他可能的高位。