一、進程創(chuàng)建

fork函數(shù)

在Linux中fork函數(shù)是非常重要的函數(shù)，它從已存在進程中創(chuàng)建一個新進程，原進程為父進程

fork函數(shù)的功能：

• 分配新的內(nèi)存和內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)給子進程
• 將父進程部分數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容拷貝至子進程
• 添加子進程到系統(tǒng)的進程列表中
• fork返回，開始調(diào)度器調(diào)度?

fork函數(shù)的返回值：

• 子進程返回0
• 父進程返回子進程的pid
• 創(chuàng)建進程失敗返回

?寫實拷貝

在進程地址空間中，我們解釋了父子進程的數(shù)據(jù)相同地址不同值的問題，那么現(xiàn)在我們來談?wù)凮S是具體怎么實現(xiàn)的，下面給大家畫個草圖

fork的常規(guī)用法

• 一個父進程希望復(fù)制自己，使父子進程同時執(zhí)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

• 一個進程要執(zhí)行一個不同的程序。例如子進程從fork返回后，調(diào)用exec函數(shù)

fork調(diào)用失敗的原因

• 系統(tǒng)中有太多的進程
• 實際用戶的進程數(shù)超過了限制

?二、進程終止

進程退出場景

• 代碼運行完畢，結(jié)果正確
• 代碼運行完畢，結(jié)果不正確
• 代碼異常終止

為什么要介紹這個？因為系統(tǒng)創(chuàng)建進程本質(zhì)是讓進程去完成一些工作，那么系統(tǒng)當(dāng)然有必要去了解工作的結(jié)果，如果成功了，那么萬事大吉，如果代碼錯誤，不管是代碼運行完畢結(jié)果錯誤還是出現(xiàn)異常提前終止，操作系統(tǒng)都需要知道原因，那么如何知道進程失敗的原因呢？

1.代碼運行完畢，結(jié)果不正確

相信大家在寫C語言的時候，main方法里總是會寫return 0;這個語句，現(xiàn)在我們應(yīng)該明白，其實這就是告訴父進程，該進程工作順利完成，同時我們也或多或少在控制臺的黑窗口中見過某某程序返回值不為0的情況。這些返回值統(tǒng)一叫做退出碼，對應(yīng)一些數(shù)字，而每一個數(shù)字對應(yīng)一個字符串

當(dāng)然這個退出碼也是可以自定義的

這個和C語言中學(xué)的errno(錯誤碼)這個全局變量很相似(大家可以去查查C的文檔)，只不過退出碼是記錄進程跑完后的結(jié)果是否正確及錯誤的原因，錯誤碼記錄庫函數(shù)/系統(tǒng)接口，即函數(shù)運行失敗的原因

?2.代碼異常終止

?上面兩個程序都是異常終止，操作系統(tǒng)檢測到進程異常通過信號直接殺掉進程(因為操作系統(tǒng)是進程的管理者)

?總結(jié)：

1.進程是否異常，看有沒有收到信號

2.進程運行結(jié)果是否正確和錯誤的原因，看退出碼

（進程異常結(jié)束后，退出碼就沒有意義了）

3.進程常見的退出方法

正常終止（可以通過echo $?查看進程的退出碼）：

• 從main返回（執(zhí)行return n等同于執(zhí)行exit(n),因為調(diào)用main的運行時函數(shù)會將main的返回值當(dāng)做 exit的參數(shù)）---這里的return僅限于main函數(shù)中的，其他函數(shù)的return不具有結(jié)束進程的功能，這里就不做過多介紹了
• 調(diào)用exit（庫函數(shù)）
• 調(diào)用_exit（系統(tǒng)接口）

1.exit---庫函數(shù)

?2._exit---系統(tǒng)調(diào)用接口

上面的代碼運行結(jié)果和exit一樣，就是將exit函數(shù)換成了_exit函數(shù)，結(jié)論和上面一樣

那么這兩個函數(shù)有什么不同呢？我們來看下面這段代碼

當(dāng)結(jié)束進程時，exit函數(shù)會將緩沖區(qū)中的內(nèi)容刷新，而_exit不會，這個現(xiàn)象其實可以推導(dǎo)出緩沖區(qū)不在操作系統(tǒng)中，因為exit就是封裝的_exit，這個后面的章節(jié)會講，這里先得出結(jié)論

三、進程等待

通過wait/waitpid，讓父進程對子進程進行資源回收的等待過程

進程等待的原因：

1. 子進程退出，父進程如果不管不顧，就可能造成僵尸進程的問題，造成內(nèi)存泄漏(進程一旦變成僵尸狀態(tài)，就無法被殺死)
2. 父進程需要知道子進程的運行結(jié)果，通過進程等待獲取子進程的退出信息---不是必須的，但是系統(tǒng)需要提供這樣的功能

?如何進行等待？？？

1.wait方法

pid_t wait(int*status);

返回值：

成功返回被等待進程pid，失敗返回-1

參數(shù)：

輸出型參數(shù)，獲取子進程退出狀態(tài),不關(guān)心則可以設(shè)置成為NULL

代碼一：

代碼二：

上面兩個代碼說明兩件事：

1.進程等待能回收子進程的僵尸狀態(tài)

2.父進程必須在wait上進行阻塞等待，直到子進程運行結(jié)束變成僵尸狀態(tài)，wait回收

2.waitpid方法

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

返回值：

1.正常返回收集到的子進程的進程ID

2.如果設(shè)置了選項WNOHANG，而發(fā)現(xiàn)沒有子進程可收集，返回0

3.如果調(diào)用中出錯，則返回-1，這時errno回被設(shè)置為相應(yīng)的值來表明錯誤原因

參數(shù)：

pid：

1） -1，等待任何一個子進程，與wait等效

2）>0，等待進程ID和pid相等的子進程

status:

1） WIFEXITED(status): 若為正常終止子進程返回的狀態(tài)，則為真（查看進程是否是正常退出）

2）WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子進程退出碼（查看進程的退出碼）

options：

1）0：默認阻塞等待

2）WNOHANG: 若pid指定的子進程沒有結(jié)束，則waitpid()函數(shù)返回0，不予以等待。若正常結(jié)束，則返回該子進程的ID

-----上面兩個選項最重要，其他的options，請自行查閱文檔

waitpid(-1,NULL,0)和wait(NULL)等價，這里就不演示了

下面來講講waitpid的后面兩個參數(shù)（wait的參數(shù)和waitpid的第二個參數(shù)一樣）

1.status

這個status輸出型參數(shù)的值很奇怪，但是我將它用位運算分割成兩個數(shù)字之后，我們就能理解了10是退出碼，0代表進程沒有出現(xiàn)異常，這個現(xiàn)象和它的底層設(shè)計有關(guān)

?將10和0帶入上面的規(guī)則，就會發(fā)現(xiàn)status=2560

上面演示的是正常退出的情況，下面演示一個進程異常被殺死的情況

這里再次強調(diào)：當(dāng)進程異常時，退出碼就沒有意義了！！！

(擴展：父進程等待子進程處于阻塞狀態(tài)時，本質(zhì)其實是父進程的pcb鏈入了子進程pcb的等待隊列。父進程需要獲取到子進程的退出狀態(tài)就意味著子進程的pcb中存有這兩個數(shù)字，而wait和waitpid函數(shù)作為系統(tǒng)調(diào)用接口，將輸出型參數(shù)status用這兩個數(shù)字拼接后返回)

當(dāng)然如果你對status的組成不是很了解，也可以用WIFEXITED和WEXITSTATUS這兩個宏替代

異常的情況就留給讀者自己去實驗了?

多個子進程的創(chuàng)建和等待

(這里僅是截取了最后的運行結(jié)果)

我們發(fā)現(xiàn)子進程的結(jié)束時間并非按創(chuàng)建的時間順序，還是得看系統(tǒng)是如何調(diào)度的

2.options

0:阻塞等待，子進程不結(jié)束，不返回值，父進程只能一直等，不能做其他事情

WNOHANG:非阻塞等待，無論子進程是否結(jié)束，都返回結(jié)果，如果子進程結(jié)束，返回子進程ID，如果子進程沒結(jié)束，返回0，一般需要重復(fù)調(diào)用，即輪詢，父進程在等待時可以做自己的一些工作

?非阻塞等待：

?四、進程的程序替換

程序替換的用法和本質(zhì)

當(dāng)我們用fork創(chuàng)建子進程時，子進程執(zhí)行的都是父進程代碼塊，如果我們要讓子進程執(zhí)行新的程序呢？即不再執(zhí)行父進程的代碼塊，我們該怎么辦？這就是程序替換的意義，我們用exec*這類的函數(shù)接口實現(xiàn)程序替換

下面，我們先來見識一下程序替換

我們在解決上面的問題之前，先看一下execl函數(shù)的聲明

既然是替換程序，那么我們當(dāng)然能執(zhí)行被替換過來的ls命令，這個很容易理解，但是為什么第二個打印語句沒有執(zhí)行呢？因為代碼被全部替換了，自然無法執(zhí)行最后的打印語句。

那么代碼被替換了，進程是不是也被替換了呢？

很顯然，子進程的pid沒有改變，也就是說沒有創(chuàng)建新的進程，只是單純的程序替換

（多進程的替換和寫時拷貝原理一樣，單一進程的程序替換就是將新程序覆蓋原程序）

我們來說說這個execl函數(shù)的返回值，它只有在替換失敗的時候才會右返回值，替換成功就沒有返回值，其實想一想也確實合理，當(dāng)它執(zhí)行成功，后面的代碼就不執(zhí)行了，還要這個返回值干嘛呢？當(dāng)然正常來說，它執(zhí)行失敗我們也不接收它的返回值，因為它執(zhí)行任務(wù)失敗我們直接結(jié)束進程就行

可能有人好奇它的返回值，這里演示一下

程序替換還有一些其他的接口，全是以exec開頭的函數(shù)接口，如下

用法介紹

上面這些函數(shù)有興趣可以自己回去試試，這里就不演示了，用法都很相似?

既然能替換系統(tǒng)命令，那么能不能替換成我們寫的程序呢？畢竟系統(tǒng)命令本質(zhì)也是我們寫的程序

下面我們來試試看

很顯然，我們用exec*這種類型的接口實現(xiàn)了對我們自己寫的程序的替換

那么我們能不能用它對其他語言所寫的程序進行替換呢？

當(dāng)然可以，因為它是進程的程序替換，無論是什么語言在Linux中運行都會變成進程，那么同為進程，為什么只有C++寫的程序能被替換呢？所以exec*接口也能替換其他語言寫的程序

下面寫個bash腳本語言給大家見識一下

?

環(huán)境變量

1.當(dāng)我們進行程序替換的時候，子進程對應(yīng)的環(huán)境變量，是可以直接從父進程繼承來的，證明如下

當(dāng)我們在調(diào)用mytest這個進程的時侯，本質(zhì)是bash創(chuàng)建了一個子進程執(zhí)行mytest這個程序，而后mytest中又創(chuàng)建了子進程process，而環(huán)境變量具有全局屬性，所以bash的子進程都能繼承這些環(huán)境變量，而一旦mytest繼承了這些環(huán)境變量，同理process也同樣能繼承mytest的環(huán)境變量，這只是猜測，下面是實驗證明

2.環(huán)境變量被子進程繼承是一種默認的行為，不受程序替換的影響

在學(xué)習(xí)進程地址空間時，我們學(xué)過命令行參數(shù)和環(huán)境變量也在進程地址空間中，當(dāng)我們創(chuàng)建子進程時，環(huán)境變量當(dāng)然也自動隨著進程地址空間拷貝給了子進程，而程序替換并沒有改變環(huán)境變量，說明程序替換不會改變環(huán)境變量

3.子進程獲得的環(huán)境變量有兩種方法：

a.從父進程原封不動的傳遞給子進程---1）什么都不做? ?2）通過execle/execvpe傳遞環(huán)境變量表environ

b.我們也能用execle/execvpe傳遞我們自己寫的環(huán)境變量

c.如果想新增一些環(huán)境變量給子進程，同上，在父進程中putenv

講了這么多，還有一個函數(shù)沒介紹

在見過exec*的眾多函數(shù)接口后，我們會發(fā)現(xiàn)他們的功能基本一樣，只是單純的使用方式不同，其實他們本質(zhì)都是對execve這個系統(tǒng)接口的封裝，以適應(yīng)不同的場景需求而已