一、进程创建

fork（创建进程）

Linux中fork函数是非常重要的函数，它从已存在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pid，出错返回-1

一个进程调用fork之后，会有两个二进制代码相同的进程，而且它们都运行到相同的地方

但每个进程都将可以开始属于它们自己的旅程

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

int main()
{
 pid_t pid;
 printf("Before: pid is %d\n", getpid());
 if ( (pid=fork()) == -1 ) perror("fork()"),exit(1);
 printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);
 sleep(1);
 return 0;
}

输出结果

进程1348063先打印before消息，然后它再打印after。另一个after消息有1348064打印的

但是意到进程1348064没有打印before，为什么呢？

fork之前父进程独立执行，fork之后，父子两个执行流分别执行

注意，fork之后，谁先执行完全由调度器决定

写时拷贝

父子代码共享，父子在不写入时，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

当父进程形成子进程之后，子进程正在写入，如何进行写时拷贝？
重新申请空间，进行拷贝，修改页表（os）
原因：父进程创建子进程的时候首先将自己的读写权限，改为只读，然后再创建子进程，但是用户他是不知道的，用户可能会对某一些数据进行写入，这时页面转换会因为权限问题报错，不过不是真的出错，而是触发我们进行申请内存拷贝内容的策略机制，然后操作系统就可以介入了

• 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

• 系统中有太多的进程
• 实际用户的进程数超过了限制

二、进程终止

进程退出场景

进程常见退出方法

#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
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。

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

int main()
{
    printf("aaaaaa");
    exit(31);
}

int main()
{
    printf("aaaaaa\n");
    _exit(31);
}

三、进程等待

 什么是进程等待

通过wait/waitpid的方式，让父进程（一般）对子进程进行资源回收的等待过程

为什么要进行等待

• a.解决子进程僵死问题带来的内存泄露
• b.父进程为什么要创建子进程？要让子进程来完成任务。子进程任务完成的如何，父进程要不要知道？要知道的话需要通过进程等待的方式，获取子进程退出的信息，虽然不是必须的，但是系统需要提供这样的基础功能

进程等待必要性

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kill -9 也无法解决，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

进程等待的方法

wait

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>

pid_t wait(int*status);

waitpid

pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

WNOHANG是waitpid 函数的一个选项，表示非阻塞模式

WNOHANG 的本质是提供了一个非阻塞的（non-blocking）选项，使得父进程可以以“轮询”的方式检查子进程的状态，而不会因为等待子进程而停止自身的执行。 这对于提高程序的响应性和并发处理能力至关重要

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

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。

#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
void work()
{
    int cnt=5;
    while(cnt)
    {
        printf("I am child process,pid:%d,ppid:%d,cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt);
        cnt--;
    }
    
}

int main()
{
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        work();
        exit(0);
    }
    else{
        printf("wait before\n");
        pid_t rid=wait(NULL);
        printf("wait after\n");
        if(rid==id)
        {
            printf("wait success,pid:%d\n",getpid());
        }
    }
    sleep(10);
}

​

从结果可以知道子进程没有退出，父进程就必须在wait上进行阻塞等待，直到子进程僵尸，wait自动回收返回，也就是说wait after必须等待子进程结束才会执行父进程代码

• 如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，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

 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

exit sig（退出信号）：status&0x7F  exit code（退出码):（status->8)&0xFF

只考虑status低16比特位，次8位子进程退出的退出码，低7位代表子进程退出的推出信号

1.那为什么不用全局变量获取子进程退出信息？而是系统调用

进程具有独立性，父进程无法直接获取子进程退出信息

2.当一个进程异常了（收到信号exit sig),exit code就无意义了

如何判断有没有收到信exit sig=0

四、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

替换函数

六种以exec开头的函数，都称为exec函数

#include <unistd.h>`
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

• 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

命名理解

其实这六个函数所有的接口都是对execvec的封装，底层都是execvec

下面看一下exec函数的使用，拿execl来说

path：要替换哪一个程序->文件->程序文件的路径+文件名

arg：如何执行问题？命令行怎么写->就将参数怎么传

发现最后一个printf没有实现这是怎么回事？

原因：exec*这样的函数，如果当前进程执行成功，则后续代码没有机会再执行，因为被替换掉了

1.进行程序替换的时候，子进程对应的环境变量，是可以直接从父进程来的？

父进程添加环境变量会被子进程继承下去

2.环境变量被子进程继承下去是一种默认行为，不受程序替换影响,为什么呢？

通过地址空间可以让子进程继承父进程的环境变量数据