[ Linux ] 进程控制 (1) 进程创建与进程终止

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0.进程创建

fork()之后，操作系统做了什么？

写时拷贝

fork调用失败的原因

1.进程终止

关于终止的认识

$?

进程退出码

进程终止的常见做法

exit

_exit

关于终止，内核做了什么？

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0.进程创建

相比大家对下面这段代码已经不陌生了，我们在介绍fork()的时候就已经写过一遍了，fork()有两个返回值，同一个pid会有不同的值，这是上篇我们说到的伪内存问题。而本篇我们要看看fork()创建时，操作系统会干什么事情？

#include  
pid_t fork(void); 

返回值：自进程中返回0，父进程返回子进程id，出错返回-1

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 
#include 
#include 
int main()
{
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    //child
    while(1)
    {
      printf("我是子进程，pid = %d,ppid = %d\n",getpid(),getppid());
      sleep(1);
    }
  }
  else 
  {
    while(1)
    {
      printf("我是父进程，pid = %d,ppid = %d\n",getpid(),getppid());
      sleep(1);
    }
  }
  return 0;
}

当一个进程调用fork之后，就有两个二进制代码相同的进程，而且他们都运行在相同的地方。但是每个进程都将可以开始他们自己的旅程。

#include 
#include 
#include 
int main()
{
  printf("我是一个进程：pid = %d\n",getpid());
  fork();
  printf("我依旧是一个进程：pid = %d\n",getpid());
  return 0;
}

当我们运行完时发现，fork()之后代码共享。

fork()之前父进程独立执行,fork()之后，父子两个执行流分别执行。

那么fork()之后是否之后fork()之后的代码被父子进程共享的？？

结论：一般情况下，fork()之后，父子共享所有的代码 ，因此fork()之后，父进程共享了全部的代码，只不过子进程只能从fork开始执行。子进程继承了父进程的eip（程序计数器），但是如果子进程想找到之前的代码也是可以的。

fork()之后，操作系统做了什么？

我们都知道进程=内核的进程数据结构+进程的代码和数据。当fork（）创建的时候是创建子进程的内核数据结构（struct tast_struct + struct mm_struct... + 页表） + 代码继承父进程，数据以写实拷贝的形式来共享或者独立！因此，fork()之后，操作系统创建结构，代码以共享的形式，数据以是写实拷贝的形式来实现两个进程整体保持独立性！也就是说，父进程或者子进程如果有一方进程挂掉，不会影响另一方。

写时拷贝

通常，父子代码共享，父子再不写入时，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。具体见下图：

那么为什么要写时拷贝？在创建子进程的时候就把数据分开不行吗？

答案是不行的，具体原因有一下三点：

1. 父进程的数据，子进程不一定全用，即使使用，也不一定全部写入 ，因此会有浪费空间的嫌疑
2. 最理想的情况，只有会被父子修改的数据进行分离拷贝，不需要修改的共享即可--但是从技术角度实现很复杂
3. 如果fork的时候，就无脑拷贝数据的子进程，会增加fork的成本（内存和时间）

所以最终采用写时拷贝。只会拷贝父子修改的数据，变相的就是拷贝数据的最小成本，但是拷贝的成本依然存在。之所以写时，是因为这是延迟拷贝的策略，只有真正使用的时候操作系统再给你分配资源。因此这种写时拷贝变相的提高内存的使用率。

fork调用失败的原因

• 系统中有太多的进程
• 实际用户的进程数超过了限制

1.进程终止

关于终止的认识

我们在写C/C++程序的时候，每个程序都有一个main函数，这个函数也叫做入口函数。我们经常会习惯的写上

return 0 ，那么这里将会产生两个问题：

• return 0 给谁返回？
• 必须返回0吗？返回别的数字可以吗？

此时我们首先要了解到进程退出的场景：

1. 代码跑完，结果正确
2. 代码跑完，结果不正确
3. 代码没跑完，程序异常了

任何一个程序无外乎这三种退出场景，本篇文章主要介绍前两种场景。我们将举一个例子来加什么对这两种场景的认识和理解：假设张三要参加期末考试，他无非就3中情况：1.正常参加考试，考了100分。2.正常参加考试，考了20分。3.为正常参考，原因也多种多样。类比到这里，我们也能够理解，一个程序也无外乎这三种情况，代码跑完，结果正确；代码跑完，结果不正确；代码未跑完，程序发生异常。就好比我们写一个排序算法要将一组数据进行排序要么代码跑完，排序成功；要么程序跑完，排序失败；要么程序都压根没跑完。

我们用0表示sucess结果正确，非0表示结果失败。（非0标识不同的原因也不同）

因此retun X（X叫做进程退出码）进程退出码表征了进程退出的信息，这个进程退出信息将来要将父进程读取的。因此这个退出信息码非常的重要。因此我们这里回答了return是给父进程返回

我们写一段程序验证一下

#include 
 
int main()
{
  return 123;
}

当我们运行这个代码的时候，该进程的父进程是bash，因此这个程序的退出码我们可以使用bash下的命令echo来查看退出码

echo $?

$?

这个$?表示在bash中，最近一次执行完毕时，对应进程的退出码！当我们再查看一次的时候发现是0，大家也不要觉得奇怪。这是因为在shell看来，echo $？这条命令也被当成是一个进程（虽然他不是），因此就会变成了0

进程退出码

在我们刚刚说正常退出 进程退出码是0 0表示success，那么异常退出的时候其他的退出码都表示什么含义呢？

比如这里看一个ls 跟上一串随机字符，我们查看退出码就为2（非0）

因此，一般而言，失败的零值该如何设置呢？以及默认表达的含义？这里我们大家也不需要刻意记忆每个进程退出码对应的含义，因为我们可以自定义来设置，或者用的时候查一查就行。那么我们现在看看系统的代码是什么含义，我们可以使用strerror函数进行查看(下图为man帮助手册查看的strerror的作用及其用法)

#include 
#include 
int main()
{
  int i = 0;
  for(;i<100;++i)
  {
    printf("%d:%s\n",i,strerror(i));
  }
  return 0;
}

我们在这里大概看几个，我们看到0表示success，1表示权限不允许（可执行程序），2表示找不到文件

因此我们可以得出结论：不同的进程退出码可以对应不同错误原因。

进程终止的常见做法

一般我们有两种做法最常见：

1. 在main函数中return，代表进程结束，非main函数return表示函数调用结束，为什么其他函数不行呢？
2. 在自己的代码中任意地点中，调用exit(),即使非main函数也可以退出

exit

我们来看看exit的用法

我们写一段简单的程序看看

#include 
#include 
#include 
void fun()
{
  printf("fun()\n");
  exit(20);
}
int main()
{
  fun();
  return 123;
}

我们执行这段代码，我们通过查看进程退出码可以确定该程序是从exit推出的还是return出去的。通过结果我们可以看到，程序是从exit退出的。

因此如果以后我们想终止一个进程，可以在想终止的地方调用exit()。

_exit

这里我们之所以介绍_exit仅仅是因为他和我们刚刚介绍的exit长得很像，我们在这里也不需要特别记忆_exit的用法。在此处，我们就简单介绍一下_exit如何使用，以及_exit和exit的区别。

我们通过查看_exit发现，_exit是一个系统调用，其实exit调用了_exit。

#include 
#include 
#include 
#include 
void fun()
{
  printf("fun()\n");
  _exit(123);
}
int main()
{
  fun();
  return 20;
}

此时我们发现_exit和exit好像没有什么区别，实际上他俩还是有区别的，我们来看看下面这段代码

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
  printf("hello world");
  sleep(1);
  exit(111);
  return 20;
}

我们首先使用exit来提前终止进程，我们查看结果发现hello world能够被刷新出来

而当我们在调用_exit时,显示器什么也没输出。

#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
  printf("hello world");
  sleep(1);
  _exit(111);
  return 20;
}

结论：exit终止进程会刷新缓冲区 _exit终止进程不会刷新缓冲区（_exit我们就了解这么多）

关于终止，内核做了什么？

进程 = 内核结构 + 进程代码和数据

当进程终止时，代码和数据一定会被释放掉。对于内核结构（tast_struct && mm_struct），操作系统可能并不会释放该进程的内核数据结构。

(本篇完)