进程控制详解

目录

fork函数

进程退出

进程等待

阻塞与非阻塞

程序替换

制作简易的shell

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fork函数

写时拷贝

如下图，在子进程要修改内容时，os会让子进程发生缺页中断，然后为它开辟一块空间，然后把

父进程的值拷贝过来

fork常规用法

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

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

另外，创建进程是有成本的(时间+空间)

进程退出

main函数的return值是进程的退出码，用来衡量结果对不对

代码运行完毕结果正确

退出码为0，一般表示是success！

代码运行完毕结果不正确

退出码为非0，则表示failed，因为结果不正确的原因有很多种，所以退出码也就有多种，就比如

考试考得差你爸妈会问你原因，考得好一般不会问

代码异常终止

如下图，代码异常终止后，程序就会崩溃，这时退出码也就没有意义了！

main函数return，代表进程退出，非main函数退出，代表函数返回

exit在任意地方调用，都代表终止进程，参数是退出码！

如下图，printf函数中没有\n，无法在printf语句结束后刷新缓冲区，数据是暂时被保存在输出缓冲

区中，exit或main中的return本身就会要求系统进行缓冲区刷新！所以才会在进程退出后打印出来

 

_exit终止进程，是强制终止进程，不会进行进程的后续收尾工作，比如刷新缓冲区(用户级缓冲区)

exit与_exit的区别，如下图

进程退出，在系统层面，少了一个进程，free PCB，free mm_struct，free 页表和各种映射关

系，代码+数据申请的空间也要被free掉！

进程等待

父进程fork创建子进程，是为了让其帮助父进程完成某种任务，而父进程需要通过wait/waitpid等

待子进程退出

为什么要让父进程等待？

通过获取子进程退出的信息，能够得知子进程执行结果

可以保证：时序问题，子进程先退出，父进程后退出

进程退出的时候会先进入僵尸状态，会造成内存泄漏的问题，需要通过父进程wait，释放该子进程

占用的资源！

另外，进程一旦变成僵尸状态，那kill -9也无能为力，因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程

wait/waitpid 

注意：僵尸：PCB保存进程退出时的退出数据！

下面的stat_loc是一个输出型参数，来反映是进程退出的三种结果中的哪一个

如下图，子进程的僵尸状态被解除且退出了！ 而且也保证了子进程先退出，父进程后退出

 

等待指定一个进程，如下图中的id就是子进程的编号

 

-1表示等待任意一个子进程，等价于wait！

也有可能会等待失败，比如随便传一个id

如下图，父进程拿到什么status结果，一定和子进程如何退出强相关！！！这个结果也就是前面所

提到的进程退出的三种结果之一，如果是收到的退出码，则表示代码运行完毕，而如果是收到的某

种信号，则表示代码异常终止，因为其本质是这个进程因为异常问题，导致自己收到了某种信号！

为了反映从子进程收到的信息，本来有32个bit位，只用16个，高位上的8个bit来表示退出码，

低位上的7个表示终止信号，而中间的一个暂时不谈

最终一定要让父进程通过status得到子进程的执行结果！

如下图，测试的是代码运行完毕不正确结果的情况

  

代码异常终止的情况

除零异常

 

进程被干掉了

如下图，也可以用宏的方式来得到退出码

 

bash是命令行启动的所有进程的父进程！而bash一定是通过wait方式得到子进程的退出结果，所

以我们能通过echo$?查到子进程的退出码！

阻塞与非阻塞

确定是阻塞还是非阻塞由wait中的第三个参数options确定 

阻塞：比如你要和你的某个同学去图书馆复习，你要他给你画重点，你已经到了他家楼下，但

是他要你等他30分钟，你就一直等，而且什么都不干，就一直注视着他家楼上。options为0

非阻塞：你等他的过程中，时不时的给他打电话询问他还有多久。options为WNOHANG，可能需

要多次检测：基于非阻塞等待的轮询方案

阻塞的本质：其实是进程的PCB被放入了等待队列，并将进程的状态改为S状态

返回的本质：进程的PCB从等待队列拿到运行队列，从而被CPU调度

非阻塞分为几种情况

子进程根本没有退出

子进程退出，waitpid（调用成功或者失败）

ret==0时，子进程没有退出，但是waitpid等待是成功的，需要父进程重复进行等待

ret>0时，子进程退出了，waitpid也成功了，获得了对应的结果

ret<0时，等待失败

程序替换

目前我们创建子进程的目的：if else让子进程执行父进程代码的一部分！

为什么需要程序替换？

如果想让子进程执行一个"全新的程序"，就需要进行程序替换

概念

进程不变，仅仅替换当前进程的代码和数据的技术，就叫做进程的程序替换！没有创建新的进程！

程序本质就是一个文件！

文件=程序代码+程序数据

进程的程序替换使用

如下图，将本来要执行printf("哈哈")替换成了执行ls命令

程序替换的本质就是把程序的代码+数据，加载到特定进程的上下文中！

C/C++程序要运行，必须得通过加载器先加载到内存中！加载器也就是exec*程序替换函数！

如下图，子进程进行程序替换，但父进程没有被影响，是因为进程具有独立性，虽然父子进程代码

是共享的，但是进程程序替换会更改代码区的代码，也要发生写时拷贝

如下图，以及前面所述可知，只要进程的程序替换成功，就不会执行后续代码，意味着exec*函

数，成功的时候，不需要返回值检测。只要exec*返回了，就一定是因为调用失败了！！！

各个程序替换函数的基本使用

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

e(env) : 表示自己维护环境变量 

execl

execv

execlp

execvp

execle

execve：系统调用

上述所有的接口，看起来是没有太大区别的，只有一个就是参数的不同！而有这么多的接口，是为

了满足不同的应用场景

如下图，可以同时创建多个可执行程序

制作简易的shell

打印命令提示符

这里没用\n，是因为不符合预期，因为输入命令时是和命令提示符在同一行的，因为没有\n，所以

需要fflush来刷新缓冲区

获取命令字符串

定义一个宏，便于修改字符串大小，用fgets来获取字符串，而不用scanf则是因为输出的命令可能

会包含空格，如ls -a -l，同时还需要将回车去掉，如absds\n\0，要将\n置为\0

将字符串进行分隔

首先在循环最开始创建一个指针数组，将字符串按空格分隔开，然后保存在一个数组中，便于程序

替换时使用

执行第三方命令

获取子进程返回的退出码

如下图，返回上层命令输入后，并没有得到想要的结果，所以还需要检测命令是否是需要shell本

身执行的，内建命令