一、进程创建

1、fork函数初识

fork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);

进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：

1）分配新的内存块和内核数据结构给子进程

2）将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程

3）添加子进程到系统进程列表当中

4）fork返回，开始调度器调度

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

int main()
{
    printf("begin: 我是一个进程, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
    
    sleep(5);
    pid_t id = fork();

    if(id == 0)
    {
        // 子进程
        while(1)
        {
            printf("我是子进程, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    else if(id > 0)
    {
        //父进程
        while(1)
        {
            printf("我是父进程，pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        //error
    }
    
    return 0;
}

二、进程终止

1、进程退出场景

1）代码运行完毕，结果正确

2）代码运行完毕，结果不正确

3）代码异常终止

2、进程常见退出方法

正常终止：

可以通过echo $?查看进程退出码，注意，$?保存的是最近一次进程退出时的退出码。

退出码为0代表进程运行结果正确。

1）从main返回

main函数的返回值本质表示：进程运行完成时是否是正确的结果，如果不是，可以用不同的数字表示不同的出错原因。

2）调用exit

3)  系统调用_exit

exit和_exit在任意地方被调用，都表示调用进程直接退出，而return 只表示当前函数返回。

exit和_exit的联系：

exit最后也会调用_exit，在调用_exit之前，还进行了刷新缓冲区等工作。

return是一种更常见的退出进程的方法，执行return n等同于执行exit(n)，因为调用main的运行时启动代码会将main的返回值作为参数传递给exit。

异常退出：

ctrl + c，信号终止

三、进程等待

1、进程等待是什么？

通过系统调用wait/waitpid,对子进程进行状态检测与回收的功能。

2.为什么要进行进程等待(进程等待的必要性)？

我们知道，子进程一旦退出，父进程如果不管不顾，就可能造成僵尸进程，进而造成内存泄漏。

僵尸进程无法被杀死，需要通过进程等待来杀掉它，进而解决内存泄露的问题(必须要解决)。

我们要通过进程等待，获得子进程的退出情况。

3、进程等待的方法

 1）wait方法 

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

pid_t wait(int* status);

返回值：成功，返回被等待进程的pid，失败，返回-1。

参数：输出型参数，获取子进程退出状态，不关心则可以设置成为NULL。

2）waitpid方法

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

pid_t waitpid(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pid；

如果设置了选项WNOHANG(非阻塞),而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集(即等待的条件还没有就绪)，则返回0；

如果调用中出错，则返回-1，这时errno(错误码)会被设置成相应的值以指示错误所在；

参数：

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(输出型参数):

1）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。

2）如果子进程不退出，父进程调用wait这个系统调用的时候，也就不会返回，默认叫做阻塞状态。

3）如果不存在该子进程，则立即出错返回。

4、获取子进程status

1)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。

2）如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。

3）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。

4）status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待(只研究status低16比特位)。

低8位(7~0位)：全为0，表示进程是正常结束而非被信号杀死，如果非零，可以通过kill -l 命令查看对应的终止信号。

高8位(15~8位)：存储进程的退出码。

5、父进程要拿子进程的状态数据，为什么必须要用wait等系统调用呢？

因为进程具有独立性，虽然父子进程代码是共享的，但是父进程无法直接拿到子进程的状态数据，子进程的退出信息在内核数据结构对象PCB中存放，父进程只能通过系统调用来拿取子进程的状态数据。

四、进程程序替换

1、替换原理

2、替换函数

以exec开头的函数统称exec函数。

库函数：
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 execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);
系统调用：
int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

上面六个库函数最终都会调用execve。

注意：

1）程序替换成功之后，exec函数后续的代码不会被执行，只有替换失败才可能执行后续代码。

2）exec函数，只有失败返回值，没有成功返回值。

命名理解：

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，只写程序名就行；没有p需要写绝对路径或相对路径。

e(env) : 表示自己维护环境变量。

代码示例：

execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);
execlp("ls", "ls", "-a", "-l", NULL);

如果我们想给子进程传递环境变量，该如何传递？

1）新增环境变量

父进程的地址空间中直接putenv。

putenv("KEY=VALUE");

使用第三方全局变量environ。

execle("./otherExe", "otherExe", "-a", "-w", "-v", NULL, environ);

2）彻底替换(覆盖而不是追加)

char *const myenv[] = {
     "MYVAL=1111",
     "MYPATH=/usr/bin/XXX",
     NULL//必须以NULL结尾
};
execle("./otherExe", "otherExe", "-a", "-w", "-v", NULL, myenv);

五、实现一个简单的shell

实现代码：

运行示例：