一、進程生成

初探fork函數

在linux系統中，fork函數扮演著至關重要的角色，它能夠從已存在的進程中衍生出一個全新的進程。這個新進程被稱為子進程，而原始進程則成為父進程。

返回值解析：

當fork函數在子進程中執行時，它會返回0；而在父進程中，它則會返回新生成子進程的PID。如果子進程的創建失敗，fork函數將返回-1。

當進程調用fork函數并將控制權轉移到內核中的fork代碼段時，內核會執行以下操作：

• 為子進程分配新的內存塊和必要的內核數據結構。
• 將父進程的部分數據結構內容復制到子進程中。
• 將子進程添加到系統進程列表中。
• fork函數返回，調度器開始調度新的進程。

在執行fork函數之后，父子進程會共享相同的代碼段。舉個例子：

運行結果如下：

這里可以看到，Before只輸出了一次，而After輸出了兩次。其中，Before是由父進程打印的，而調用fork函數之后打印的兩個After，則分別由父進程和子進程兩個進程執行。也就是說，fork之前父進程獨立執行，而fork之后父子兩個執行流分別執行。

注意： fork之后，父進程和子進程誰先執行完全由調度器決定。

fork函數返回值

?

fork函數為什么要給子進程返回0，給父進程返回子進程的PID？

一個父進程可以創建多個子進程，而一個子進程只能有一個父進程。因此，對于子進程來說，父進程是不需要被標識的；而對于父進程來說，子進程是需要被標識的，因為父進程創建子進程的目的是讓其執行任務的，父進程只有知道了子進程的PID才能很好的對該子進程指派任務。

?

為什么fork函數有兩個返回值？

父進程調用fork函數后，為了創建子進程，fork函數內部將會進行一系列操作，包括創建子進程的進程控制塊、創建子進程的進程地址空間、創建子進程對應的頁表等等。子進程創建完畢后，操作系統還需要將子進程的進程控制塊添加到系統進程列表當中，此時子進程便創建完畢了。

也就是說，在fork函數內部執行return語句之前，子進程就已經創建完畢了，那么之后的return語句不僅父進程需要執行，子進程也同樣需要執行，這就是fork函數有兩個返回值的原因。

寫時拷貝

當子進程剛剛被創建時，子進程和父進程的數據和代碼是共享的，即父子進程的代碼和數據通過頁表映射到物理內存的同一塊空間。只有當父進程或子進程需要修改數據時，才將父進程的數據在內存當中拷貝一份，然后再進行修改。

這種在需要進行數據修改時再進行拷貝的技術，稱為寫時拷貝技術。

1、為什么數據要進行寫時拷貝？

進程具有獨立性。多進程運行，需要獨享各種資源，多進程運行期間互不干擾，不能讓子進程的修改影響到父進程。

2、為什么不在創建子進程的時候就進行數據的拷貝？

子進程不一定會使用父進程的所有數據，并且在子進程不對數據進行寫入的情況下，沒有必要對數據進行拷貝，我們應該按需分配，在需要修改數據的時候再分配（延時分配），這樣可以高效的使用內存空間。

3、代碼會不會進行寫時拷貝？

90%的情況下是不會的，但這并不代表代碼不能進行寫時拷貝，例如在進行進程替換的時候，則需要進行代碼的寫時拷貝。

fork常規用法

1. 一個進程希望復制自己，使子進程同時執行不同的代碼段。例如父進程等待客戶端請求，生成子進程來處理請求。
2. 一個進程要執行一個不同的程序。例如子進程從fork返回后，調用exec函數。

fork調用失敗的原因

fork函數創建子進程也可能會失敗，有以下兩種情況：

1. 系統中有太多的進程，內存空間不足，子進程創建失敗。
2. 實際用戶的進程數超過了限制，子進程創建失敗。

二、進程終止

進程退出場景

進程退出只有三種情況：

1. 代碼運行完畢，結果正確。
2. 代碼運行完畢，結果不正確。
3. 代碼異常終止（進程崩潰）。

進程退出碼

我們都知道main函數是代碼的入口，但實際上main函數只是用戶級別代碼的入口，main函數也是被其他函數調用的，例如在VS2013當中main函數就是被一個名為__tmainCRTStartup的函數所調用，而__tmainCRTStartup函數又是通過加載器被操作系統所調用的，也就是說main函數是間接性被操作系統所調用的。

既然main函數是間接性被操作系統所調用的，那么當main函數調用結束后就應該給操作系統返回相應的退出信息，而這個所謂的退出信息就是以退出碼的形式作為main函數的返回值返回，我們一般以0表示代碼成功執行完畢，以非0表示代碼執行過程中出現錯誤，這就是為什么我們都在main函數的最后返回0的原因。

當我們的代碼運行起來就變成了進程，當進程結束后main函數的返回值實際上就是該進程的進程退出碼，我們可以使用echo $?命令查看最近一次進程退出的退出碼信息。

例如，對于下面這個簡單的代碼：

代碼運行結束后，我們可以查看該進程的進程退出碼。

[cl@VM-0-15-centos?procTermination]$?echo?$? 

這時便可以確定main函數是順利執行完畢了。

?

為什么以0表示代碼執行成功，以非0表示代碼執行錯誤？

因為代碼執行成功只有一種情況，成功了就是成功了，而代碼執行錯誤卻有多種原因，例如內存空間不足、非法訪問以及棧溢出等等，我們就可以用這些非0的數字分別表示代碼執行錯誤的原因。

c語言當中的strerror函數可以通過錯誤碼，獲取該錯誤碼在C語言當中對應的錯誤信息：

運行代碼后我們就可以看到各個錯誤碼所對應的錯誤信息：

實際上Linux中的ls、pwd等命令都是可執行程序，使用這些命令后我們也可以查看其對應的退出碼。

可以看到，這些命令成功執行后，其退出碼也是0。

但是命令執行錯誤后，其退出碼就是非0的數字，該數字具體代表某一錯誤信息。

注意： 退出碼都有對應的字符串含義，幫助用戶確認執行失敗的原因，而這些退出碼具體代表什么含義是人為規定的，不同環境下相同的退出碼的字符串含義可能不同。

進程正常退出

return退出

在main函數中使用return退出進程是我們常用的方法。

例如，在main函數最后使用return退出進程。

運行結果：

exit函數

使用exit函數退出進程也是我們常用的方法，exit函數可以在代碼中的任何地方退出進程，并且exit函數在退出進程前會做一系列工作：

1. 執行用戶通過atexit或on_exit定義的清理函數。
2. 關閉所有打開的流，所有的緩存數據均被寫入。
3. 調用_exit函數終止進程。

例如，以下代碼中exit終止進程前會將緩沖區當中的數據輸出。

運行結果：

_exit函數

使用_exit函數退出進程的方法我們并不經常使用，_exit函數也可以在代碼中的任何地方退出進程，但是_exit函數會直接終止進程，并不會在退出進程前會做任何收尾工作。

例如，以下代碼中使用_exit終止進程，則緩沖區當中的數據將不會被輸出。

運行結果：

return、exit和_exit之間的區別與聯系

?

return、exit和_exit之間的區別

只有在main函數當中的return才能起到退出進程的作用，子函數當中return不能退出進程，而exit函數和_exit函數在代碼中的任何地方使用都可以起到退出進程的作用。

使用exit函數退出進程前，exit函數會執行用戶定義的清理函數、沖刷緩沖，關閉流等操作，然后再終止進程，而_exit函數會直接終止進程，不會做任何收尾工作。

?

return、exit和_exit之間的聯系

執行return num等同于執行exit(num)，因為調用main函數運行結束后，會將main函數的返回值當做exit的參數來調用exit函數。

使用exit函數退出進程前，exit函數會先執行用戶定義的清理函數、沖刷緩沖，關閉流等操作，然后再調用_exit函數終止進程。

進程異常退出

情況一：向進程發生信號導致進程異常退出。

例如，在進程運行過程中向進程發生kill -9信號使得進程異常退出，或是使用Ctrl+C使得進程異常退出等。

情況二：代碼錯誤導致進程運行時異常退出。

例如，代碼當中存在野指針問題使得進程運行時異常退出，或是出現除0的情況使得進程運行時異常退出等。

三、進程等待

進程等待的必要性

1. 子進程退出，父進程如果不讀取子進程的退出信息，子進程就會變成僵尸進程，進而造成內存泄漏。
2. 進程一旦變成僵尸進程，那么就算是kill -9命令也無法將其殺死，因為誰也無法殺死一個已經死去的進程。
3. 對于一個進程來說，最關心自己的就是其父進程，因為父進程需要知道自己派給子進程的任務完成的如何。
4. 父進程需要通過進程等待的方式，回收子進程資源，獲取子進程的退出信息。

獲取子進程status

下面進程等待所使用的兩個函數wait和waitpid，都有一個status參數，該參數是一個輸出型參數，由操作系統進行填充。

如果對status參數傳入NULL，表示不關心子進程的退出狀態信息。否則，操作系統會通過該參數，將子進程的退出信息反饋給父進程。

status是一個整型變量，但status不能簡單的當作整型來看待，status的不同比特位所代表的信息不同，具體細節如下（只研究status低16比特位）：

在status的低16比特位當中，高8位表示進程的退出狀態，即退出碼。進程若是被信號所殺，則低7位表示終止信號，而第8位比特位是core dump標志。

我們通過一系列位操作，就可以根據status得到進程的退出碼和退出信號。

exitCode?=?(status?>>?8)?&?0xFF;?//退出碼 exitSignal?=?status?&?0x7F;??????//退出信號 

對于此，系統當中提供了兩個宏來獲取退出碼和退出信號。

• WIFEXITED(status)：用于查看進程是否是正常退出，本質是檢查是否收到信號。
• WEXITSTATUS(status)：用于獲取進程的退出碼。

exitNormal?=?WIFEXITED(status);??//是否正常退出 exitCode?=?WEXITSTATUS(status);??//獲取退出碼 

需要注意的是，當一個進程非正常退出時，說明該進程是被信號所殺，那么該進程的退出碼也就沒有意義了。

進程等待的方法

wait方法

函數原型：pid_t wait(int* status);

作用：等待任意子進程。

返回值：等待成功返回被等待進程的pid，等待失敗返回-1。

參數：輸出型參數，獲取子進程的退出狀態，不關心可設置為NULL。

例如，創建子進程后，父進程可使用wait函數一直等待子進程，直到子進程退出后讀取子進程的退出信息。

#include? #include? #include? #include? #include? int?main() { ?pid_t?id?=?fork(); ?if(id?==?0){ ??//child ??int?count?=?10; ??while(count--){ ???printf("I?am?child...PID:%d,?PPID:%d ",?getpid(),?getppid()); ???sleep(1); ??} ??exit(0); ?} ?//father ?int?status?=?0; ?pid_t?ret?=?wait(&status); ?if(ret?>?0){ ??//wait?success ??printf("wait?child?success... "); ??if(WIFEXITED(status)){ ???//exit?normal ???printf("exit?code:%d ",?WEXITSTATUS(status)); ??} ?} ?sleep(3); ?return?0; } 

我們可以使用以下監控腳本對進程進行實時監控：

[cl@VM-0-15-centos?procWait]$?while?:;?do?ps?axj?|?head?-1?&&?ps?axj?|?grep?proc?|?grep?-v?grep;echo?"######################";sleep?1;done 

這時我們可以看到，當子進程退出后，父進程讀取了子進程的退出信息，子進程也就不會變成僵尸進程了。

waitpid方法

函數原型：pid_t waitpid(pid_t pid, int* status, int options);

作用：等待指定子進程或任意子進程。

返回值：

1、等待成功返回被等待進程的pid。

2、如果設置了選項WNOHANG，而調用中waitpid發現沒有已退出的子進程可收集，則返回0。

3、如果調用中出錯，則返回-1，這時errno會被設置成相應的值以指示錯誤所在。

參數：

1、pid：待等待子進程的pid，若設置為-1，則等待任意子進程。

2、status：輸出型參數，獲取子進程的退出狀態，不關心可設置為NULL。

3、options：當設置為WNOHANG時，若等待的子進程沒有結束，則waitpid函數直接返回0，不予以等待。若正常結束，則返回該子進程的pid。

例如，創建子進程后，父進程可使用waitpid函數一直等待子進程（此時將waitpid的第三個參數設置為0），直到子進程退出后讀取子進程的退出信息。

#include? #include? #include? #include? #include? int?main() { ?pid_t?id?=?fork(); ?if?(id?==?0){ ??//child?????????? ??int?count?=?10; ??while?(count--){ ???printf("I?am?child...PID:%d,?PPID:%d ",?getpid(),?getppid()); ???sleep(1); ??} ??exit(0); ?} ?//father??????????? ?int?status?=?0; ?pid_t?ret?=?waitpid(id,?&status,?0); ?if?(ret?>=?0){ ??//wait?success???????????????????? ??printf("wait?child?success... "); ??if?(WIFEXITED(status)){ ???//exit?normal????????????????????????????????? ???printf("exit?code:%d ",?WEXITSTATUS(status)); ??} ??else{ ???//signal?killed?????????????????????????????? ???printf("killed?by?siganl?%d ",?status?&?0x7F); ??} ?} ?sleep(3); ?return?0; } 

在父進程運行過程中，我們可以嘗試使用kill -9命令將子進程殺死，這時父進程也能等待子進程成功。

注意： 被信號殺死而退出的進程，其退出碼將沒有意義。

多進程創建以及等待的代碼模型

上面演示的都是父進程創建以及等待一個子進程的例子，實際上我們還可以同時創建多個子進程，然后讓父進程依次等待子進程退出，這叫做多進程創建以及等待的代碼模型。

例如，以下代碼中同時創建了10個子進程，同時將子進程的pid放入到ids數組當中，并將這10個子進程退出時的退出碼設置為該子進程pid在數組ids中的下標，之后父進程再使用waitpid函數指定等待這10個子進程。

#include? #include? #include? #include? #include? int?main() { ?pid_t?ids[10]; ?for?(int?i?=?0;?i?if?(id?==?0){ ???//child ???printf("child?process?created?successfully...PID:%d ",?getpid()); ???sleep(3); ???exit(i);?//將子進程的退出碼設置為該子進程PID在數組ids中的下標 ??} ??//father ??ids[i]?=?id; ?} ?for?(int?i?=?0;?i?if?(ret?>=?0){ ???//wait?child?success ???printf("wiat?child?success..PID:%d ",?ids[i]); ???if?(WIFEXITED(status)){ ????//exit?normal ????printf("exit?code:%d ",?WEXITSTATUS(status)); ???} ???else{ ????//signal?killed ????printf("killed?by?signal?%d ",?status?&?0x7F); ???} ??} ?} ?return?0; } 

運行代碼，這時我們便可以看到父進程同時創建多個子進程，當子進程退出后，父進程再依次讀取這些子進程的退出信息。

基于非阻塞接口的輪詢檢測方案

上述所給例子中，當子進程未退出時，父進程都在一直等待子進程退出，在等待期間，父進程不能做任何事情，這種等待叫做阻塞等待。

實際上我們可以讓父進程不要一直等待子進程退出，而是當子進程未退出時父進程可以做一些自己的事情，當子進程退出時再讀取子進程的退出信息，即非阻塞等待。

?

做法很簡單，向waitpid函數的第三個參數potions傳入WNOHANG，這樣一來，等待的子進程若是沒有結束，那么waitpid函數將直接返回0，不予以等待。而等待的子進程若是正常結束，則返回該子進程的pid。

例如，父進程可以隔一段時間調用一次waitpid函數，若是等待的子進程尚未退出，則父進程可以先去做一些其他事，過一段時間再調用waitpid函數讀取子進程的退出信息。

#include? #include? #include? #include? #include? int?main() { ?pid_t?id?=?fork(); ?if?(id?==?0){ ??//child ??int?count?=?3; ??while?(count--){ ???printf("child?do?something...PID:%d,?PPID:%d ",?getpid(),?getppid()); ???sleep(3); ??} ??exit(0); ?} ?//father ?while?(1){ ??int?status?=?0; ??pid_t?ret?=?waitpid(id,?&status,?WNOHANG); ??if?(ret?>?0){ ???printf("wait?child?success... "); ???printf("exit?code:%d ",?WEXITSTATUS(status)); ???break; ??} ??else?if?(ret?==?0){ ???printf("father?do?other?things... "); ???sleep(1); ??} ??else{ ???printf("waitpid?error... "); ???break; ??} ?} ?return?0; } 

運行結果就是，父進程每隔一段時間就去查看子進程是否退出，若未退出，則父進程先去忙自己的事情，過一段時間再來查看，直到子進程退出后讀取子進程的退出信息。

四、進程程序替換

替換原理

用fork創建子進程后，子進程執行的是和父進程相同的程序（但有可能執行不同的代碼分支），若想讓子進程執行另一個程序，往往需要調用一種exec函數。

當進程調用一種exec函數時，該進程的用戶空間代碼和數據完全被新程序替換，并從新程序的啟動例程開始執行。

?

當進行進程程序替換時，有沒有創建新的進程？

進程程序替換之后，該進程對應的PCB、進程地址空間以及頁表等數據結構都沒有發生改變，只是進程在物理內存當中的數據和代碼發生了改變，所以并沒有創建新的進程，而且進程程序替換前后該進程的pid并沒有改變。

?

子進程進行進程程序替換后，會影響父進程的代碼和數據嗎？

子進程剛被創建時，與父進程共享代碼和數據，但當子進程需要進行進程程序替換時，也就意味著子進程需要對其數據和代碼進行寫入操作，這時便需要將父子進程共享的代碼和數據進行寫時拷貝，此后父子進程的代碼和數據也就分離了，因此子進程進行程序替換后不會影響父進程的代碼和數據。

替換函數

替換函數有六種以exec開頭的函數，它們統稱為exec函數：

一、int execl(const char *path, const char *arg, …);

第一個參數是要執行程序的路徑，第二個參數是可變參數列表，表示你要如何執行這個程序，并以NULL結尾。

例如，要執行的是ls程序。

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

二、int execlp(const char *file, const char *arg, …);

第一個參數是要執行程序的名字，第二個參數是可變參數列表，表示你要如何執行這個程序，并以NULL結尾。

例如，要執行的是ls程序。

execlp("ls",?"ls",?"-a",?"-i",?"-l",?NULL); 

三、int execle(const char *path, const char *arg, …, char *const envp[]);

第一個參數是要執行程序的路徑，第二個參數是可變參數列表，表示你要如何執行這個程序，并以NULL結尾，第三個參數是你自己設置的環境變量。

例如，你設置了MYVAL環境變量，在mycmd程序內部就可以使用該環境變量。

char*?myenvp[]?=?{?"MYVAL=2021",?NULL?}; execle("./mycmd",?"mycmd",?NULL,?myenvp); 

四、int execv(const char *path, char *const argv[]);

第一個參數是要執行程序的路徑，第二個參數是一個指針數組，數組當中的內容表示你要如何執行這個程序，數組以NULL結尾。

例如，要執行的是ls程序。

char*?myargv[]?=?{?"ls",?"-a",?"-i",?"-l",?NULL?}; execv("/usr/bin/ls",?myargv); 

五、int execvp(const char *file, char *const argv[]);

第一個參數是要執行程序的名字，第二個參數是一個指針數組，數組當中的內容表示你要如何執行這個程序，數組以NULL結尾。

例如，要執行的是ls程序。

char*?myargv[]?=?{?"ls",?"-a",?"-i",?"-l",?NULL?}; execvp("ls",?myargv); 

六、int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

第一個參數是要執行程序的路徑，第二個參數是一個指針數組，數組當中的內容表示你要如何執行這個程序，數組以NULL結尾，第三個參數是你自己設置的環境變量。

例如，你設置了MYVAL環境變量，在mycmd程序內部就可以使用該環境變量。

char*?myargv[]?=?{?"mycmd",?NULL?}; char*?myenvp[]?=?{?"MYVAL=2021",?NULL?}; execve("./mycmd",?myargv,?myenvp); 

函數解釋

• 這些函數如果調用成功，則加載指定的程序并從啟動代碼開始執行，不再返回。
• 如果調用出錯，則返回-1。

也就是說，exec系列函數只要返回了，就意味著調用失敗。

命名理解

這六個exec系列函數的函數名都以exec開頭，其后綴的含義如下：

• l(list)：表示參數采用列表的形式，一一列出。
• v(vector)：表示參數采用數組的形式。
• p(path)：表示能自動搜索環境變量PATH，進行程序查找。
• e(env)：表示可以傳入自己設置的環境變量。

事實上，只有execve才是真正的系統調用，其它五個函數最終都是調用的execve，所以execve在man手冊的第2節，而其它五個函數在man手冊的第3節，也就是說其他五個函數實際上是對系統調用execve進行了封裝，以滿足不同用戶的不同調用場景的。

下圖為exec系列函數族之間的關系：

做一個簡易的shell

shell也就是命令行解釋器，其運行原理就是：當有命令需要執行時，shell創建子進程，讓子進程執行命令，而shell只需等待子進程退出即可。

其實shell需要執行的邏輯非常簡單，其只需循環執行以下步驟：

1. 獲取命令行。
2. 解析命令行。
3. 創建子進程。
4. 替換子進程。
5. 等待子進程退出。

其中，創建子進程使用fork函數，替換子進程使用exec系列函數，等待子進程使用wait或者waitpid函數。

于是我們可以很容易實現一個簡易的shell，代碼如下：

#include? #include? #include? #include? #include? #include? #include? #define?LEN?1024?//命令最大長度 #define?NUM?32?//命令拆分后的最大個數 int?main() { ?char?cmd[LEN];?//存儲命令 ?char*?myargv[NUM];?//存儲命令拆分后的結果 ?char?hostname[32];?//主機名 ?char?pwd[128];?//當前目錄 ?while?(1){ ??//獲取命令提示信息 ??struct?passwd*?pass?=?getpwuid(getuid()); ??gethostname(hostname,?sizeof(hostname)-1); ??getcwd(pwd,?sizeof(pwd)-1); ??int?len?=?strlen(pwd); ??char*?p?=?pwd?+?len?-?1; ??while?(*p?!=?'/'){ ???p--; ??} ??p++; ??//打印命令提示信息 ??printf("[%s@%s?%s]$?",?pass->pw_name,?hostname,?p); ??//讀取命令 ??fgets(cmd,?LEN,?stdin); ??cmd[strlen(cmd)?-?1]?=?'

主站蜘蛛池模板：
欧美成年黄网站色高清视频
|
aaa一级毛片|
欧美成人毛片免费网站
|
久久久精品免费视频
|
亚洲一区二区三区四区在线
|
成人伊人
|
欧产日产国产精品精品
|
精品久久久久中文字幕日本
|
一级毛片在播放免费
|
青草青99久久99九九99九九九
|
免费在线黄色网址
|
快色网站
|
欧美日韩亚洲成色二本道三区
|
欧美一区二区三区gg高清影视
|
免费在线观看a级片
|
欧美高清一区二区三区欧美
|
成人在线观看一区
|
国产第一草草影院
|
美国全免费特一级毛片
|
99久久免费观看
|
男女无遮挡拍拍拍免费1000
|
国产精品欧美一区二区
|
精品国产杨幂在线观看福利
|
国产成人精品久久一区二区小说
|
成人一级片在线观看
|
成人精品一级毛片
|
国产免费成人在线视频
|
国产精品久久久久免费
|
亚洲一级片在线播放
|
国产永久高清免费动作片www
|
亚洲欧美国产高清va在线播放
|
国产欧美视频在线观看
|
一区二区不卡视频在线观看
|
亚洲精品一区二区三区四区手机版
|
亚洲一区二区三区免费看
|
欧美视频一二三区
|
精品久久久久不卡无毒
|
在线网站黄色
|
国产亚洲精品久久久久久久网站
|
亚洲精品国自产拍影院
|
毛片高清一区二区三区
|