Linux进程控制

目录

一、进程创建

1.pid_t fork(void)

2.pid_t vfork(void)

二、进程终止

1.退出场景

2.常见退出方法

2.1从main中返回

2.2调用库函数exit

2.3系统调用接口_exit

相关知识扩展

三、进程等待

1.功能与作用

2.进程等待的方法

2.1wait方法

2.2waitpid方法

四、程序替换

1.相关概念

1.1程序

1.2程序替换原理

1.3程序替换目的

2.相关操作函数

2.1exec函数簇

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一、进程创建

1.pid_t fork(void)

写时拷贝的方式创建一个新的子进程，父子进程代码共享，数据独有。

例：

创建的子进程会复制父进程pcb中大部分信息，与父进程的虚拟地址空间是相互独立的，但是该块内存是属于父进程的，子进程若要对数据进行修改，会触发写时拷贝技术，系统会为子进程重新开辟空间，将数据拷贝进去，并修改子进程的映射关系（此时两个进程对应数据的虚拟地址相同，但是实际存储地址不同，互不影响）。

2.pid_t vfork(void)

创建一个新的子进程，父子进程共用同一个虚拟地址空间。

特性：

因为vfork创建子进程后，父子进程共用虚拟地址空间，因此用的是同一个栈，一个进程对数据做修改，也会体现在另一方。

这样会有一个大的隐患，调用栈混乱，因此vfork创建子进程后，父进程需要阻塞，直到子进程退出或进行了程序替换，创建了自己的地址空间以及各项数据。

例：

父子进程共用同一个虚拟地址空间，所以映射到的物理内存也相同，一个进程对数据进行了修改，另一个进程内也会体现。

其实vfork是早期为了提高进程创建效率而提出来的，但是在fork实现了写时拷贝技术之后，就很少使用了。

二、进程终止

即如何退出一个进程。

1.退出场景

· 正常退出：符合预期结果退出；不符合预期结果退出

运行到了main的return，或exit接口后退出。

· 异常退出

程序没有运行完毕，中途崩溃退出。

2.常见退出方法

2.1从main中返回

注意：return只有在main中才是退出运行，在其他函数中只是退出对应函数。

2.2调用库函数exit

库函数：void exit(int return_val)

可以在程序代码的任意位置进行调用，用于退出程序的运行；退出前会刷新缓冲区数据到文件。

2.3系统调用接口_exit

系统调用接口：void _exit(int retturn_val)

可以在程序代码的任何位置进行调用，用于退出程序的运行；直接退出释放资源。

相关知识扩展

1.库函数与系统调用接口的关系

库函数是针对典型应用功能对系统调用接口进行的封装，以便于使用。

2.buff-缓冲区&cache-缓存

· buff-缓冲区

相对于文件来说就是数据写入文件前，先放到缓冲区中，待积累成为大数据一次性刷新缓冲区写入文件，减少IO次数。

· cache-缓存

相对于文件来说就是从文件中读取数据，一次拿出的是一个磁盘块的数据放到内存中，下一次读取数据的时候先从缓存中对比。

3.如何获取上一步系统调用接口的错误原因

void perror("fork error");

获取上一步系统调用接口的错误原因。

char* strerror(int errno);

printf("fork error:%s\n",strerror(errno));等价于perror

注：int errno是全局变量，用于存放上一次系统调用的错误原因编号。

三、进程等待

1.功能与作用

父进程创建子进程后，等待子进程退出，获取子进程的退出返回值，释放子进程资源，避免僵尸进程的产生。

2.进程等待的方法

#include

2.1wait方法

pid_t wait(int* status);

阻塞等待任意一个子进程的退出，使用status作为输出参数获取子进程的退出返回值。

返回值

成功，返回处理的这个退出的子进程的进程ID；失败，返回-1。

2.2waitpid方法

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

参数：

pid_t pid：指定要等待的子进程ID；-1则表示等待任意一个子进程。

int* status：输出参数，用于向外界返回退出子进程的返回值。

1）异常退出码获取：WIFEXITED(status)  正常终止返回true

2）进程退出返回值获取：WEXITSTATUS(status)

int options：操作选项:

0——阻塞等待；

WNOHANG——设置接口为非阻塞：有子进程，但是没有退出，则waitpid接口直接返回0，不阻塞。

返回值：

成功等待子进程退出，返回子进程的pid；失败，即当前没有子进程，返回0；出错，返回-1。

注意：

1.wait/waitpid接口都是等待一个子进程退出，但是如果在调用接口等待的时候，已经有子进程退出了，则会直接进行处理退出的子进程，处理完毕，接口返回。

2.waitpid的非阻塞使用时，一定要循环操作，否则操作就有可能没有完成，依然可能产生僵尸进程。

四、程序替换

1.相关概念

1.1程序

程序就是一堆静态的指令和数据，运行的时候被加载到内存种，然后系统创建pcb管理程序的运行。

创建一个进程，就是创建了一个pcb，子进程复制了父进程，所以运行的代码和父进程是一样的。这样就可以分摊任务处理压力，但主要目的是进程替换，让子进程管理另一个程序的运行。

1.2程序替换原理

将一个新的程序加载到内存中，然后改变一个进程的页表映射信息，将其更改到新的程序的指令和数据上，这时当前的pcb管理的就不再是原来的程序运行，而是一个新的程序。

1.3程序替换目的

进行程序替换，让一个进程运行指定的程序，完成对应的功能，常用于子进程的替换。

2.相关操作函数

2.1exec函数簇

extern char **environ;

int exece(const char *path,char *const argv[],char *const envp[]);系统调用接口

const char *path：要加载替换的新程序的文件路径名称

char *const argv[]：程序的运行参数

char *const envp[]：进程的环境变量

以下五个函数是对系统调用接口的封装：

int execl(const char *path,const char *arg,....)

path：待路径的新程序名称

arg：参数，是一个不定参

int execlp(const char *file,const char *arg,....)

file：不带路径的新程序名称，在path环境变量指定的路径下去找程序，常用于指令程序的替换。

int execle(const char *path,const char *arg,....,char * const envp[])

path：带路径的新程序名称

arg：参数

envp：环境变量

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

与execl类似，区别是参数不是一个一个给，而是组织成为一个字符指针数组一次性给。

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

对标execlp，在指定路径下寻找程序，参数通过数组给定。

函数簇特点区分：

l和v的区别，在于参数是一个一个给，还是组织成为数组一次性给；

有没有p的区别，在于是否会默认到path环境变量指定的路径下找程序；

有没有e的区别，在于是否需要自定义环境变量。