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如何理解：进程控制

news 文章来源：https://blog.csdn.net/weixin_72917087/article/details/141228261 2025/1/15 16:37:58

文章目录

前言：
进程创建：
进程终止：
如何终止进程？
进程等待
- 非阻塞等待：
总结：

前言：

对于前面的地址空间的学习，我们现在了解到原来所谓变量的地址其实是虚拟地址，该虚拟地址是通过页表的映射关系从而找到内存中真实的物理地址！下面我们进入到关于进程的控制

进程创建：

现在我们对进程就有了新的定义：进程 = 内核的相关管理数据数据结构(task_struct + mm_struct + 页表) + 代码和数据。其中代码是父子进程共享的，数据是判断是否发生写实拷贝的。

fork函数的返回值

我们之前也有过介绍，fork函数是用来创建子进程的，创建子进程成功则返回0，对于父进程的返回值则是子进程的pid，这一点虽然我上次没有细讲，但是在截图时就会发现。可以看看我之前博客——>进程理解
- 子进程返回0
- 父进程返回子进程的pid
为什么父进程返回的是子进程的pid，给子进程返回的却是0呢？

要记住，我们在讲解进程状态的时候，对于僵尸进程我们有过介绍，父进程是会管理子进程的，谈到管理永远是6个字——>”先描述，再组织“。

所以当然是为了让父进程方便对子进程进行标识，进而进行管理！
fork函数的常规用法
1. 一个父进程希望复制自己，使得父子进程同时执行不同的代码段。例如，父进程等待客户端请求，生成子进程来处理请求。
2. 一个进程要执行一个不同的程序。例如子进程从fork返回后，调用exec函数。
fork调用失败的原因
1. 系统中有太多的进程。
2. 实际用户创建数超过限制。

进程终止：

进程终止是在做什么呢？

首先我们应该清楚一件事情——>当加载进程是，应当是先创建PCB、页表和地址空间等，再是加载代码和数据。
所以进程终止是在：
1. 释放曾经的代码和数据所占据的空间。
2. 释放内核数据结构（若task_struct受僵尸状态，则演示释放）
进程终止的3种情况
- 提出问题：为什么main函数最后要返回0呢？为什么不是1或者100呢？
```
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int main()
{printf("I am a process! pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());sleep(1);return 100;
}
```
[!TIP]

我们可以使用指令：echo $?

该指令代表父进程bash获取到子进程的退出码，0表示成功，非0表示失败。退出码的意义就是告诉关心方（父进程），我把任务处理的怎么了。

但我要是再次执行echo $?指令，表示的就是刚刚子进程的退出码，毕竟该指令是获取最近进程的退出码。

那这个退出码究竟有什么用，你想返回100或者0不是都可以吗。诶，这个时候操作系统会给我们提供个新的系统调用函数：strerror函数用来获取系统错误信息或打印用户程序错误信息，下面我们来用用这个系统调用
[!TIP]
```
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>int main()
{int errorcode = 0;for(errorcode = 0; errorcode <= 255; ++errorcode){printf("%d -> %s\n", errorcode, strerror(errorcode));}return 100;
}
```
我们会打印特别多的错误码，每个错误码都对应了一个描述。所以为什么我们最后都会返回0，就是因为如果全部代码都执行完毕后，那肯定是不会存在问题的，那么就返回0。如果其中有一处有错误，系统就会直接进行返回相应的错误码。

这里是我随便ls一个文件夹，因为在当前目录未找到该文件夹，所以执行该指令的进程就会向bash返回相对应的错误码2。

所以我们在输入指令的时候，本质也是OS创建子进程然后子进程在执行。这点我们通过指令echo $?可以很好的证明。
这也能很好地说明bash为什么要得到子进程的退出码，为了知道子进程退出的情况（是否成功，失败又是什么原因），当然bash只是提供信息，不会自动解决，这只是一种为用户负责的体现
- 我们也可以实现自定义退出码
```
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>enum
{ERROR_DIV = -1,NOMARL_DIV
};int exit_code = NOMARL_DIV;int Div(int a, int b)
{if(b == 0){exit_code = ERROR_DIV;//printf("This is error!\n");return exit_code;}exit_code = NOMARL_DIV;return a/b;
}const char* ErrorMode(int mode)
{switch(mode){case ERROR_DIV:return "Div zero";case NOMARL_DIV:return "Div nomarl";default:return "Unknow error!";}
}int main()
{int ans = Div(4, 0);printf("ans is-> %d[%s]\n", ans, ErrorMode(exit_code));ans = Div(4, 2);printf("ans is-> %d[%s]\n", ans, ErrorMode(exit_code));return 0;
}
```
  通过判断分母是否为0，从而实现判断结果是否是正确的！
  - 退出信号
```
int main()
{int* p = NULL;*p = 3;printf("%d\n", *p);return 0;
}
```
    对于上述代码，我们执行起来百分之百会出现报错，如果我们在VS上也写过这样的bug，那么该错误就是一个很典型的——段错误
    
    这个时候代码不会跑完，因为在执行的过程中出现了异常，就提前退出了。就像在VS写代码时，代码崩溃了，此时OS发现你的进程做了不该做的事情，OS就会杀掉进程，一旦出现了异常，退出码就没意义了。
    
    比如此时我使用指令echo $? 打印退出码，是会发现退出码为139，但是退出码在133后就是未知了：
    - 为什么会出现异常呢？
      
      本质上是因为进程收到了OS发给进程的信号。
      
      我们可以使用指令：kill -l
      
      段错误的出现就是对应的11号信号
      
      所以衡量一个进程的退出，我们（父进程bash）只需要两个数字：退出码 + 退出信号
      
      第一步是先确认是否异常
      若不是异常就一定是代码跑完了，看退出码就好了。

[!IMPORTANT]

所以进程终止的3种情况：

代码跑完，结果正确
代码跑完，结果不正确
代码执行时，出现了异常，提前退出了

如何终止进程？

main函数的return，表示进程终止（非main函数的return，代表函数结束）
代码调用exit函数（在代码任意位置调用exit函数都表示进程退出）
通过系统调用函数_exit( )

exit( ) VS _exit( )
1. exit( )是库函数，_exit( )是系统调用
2. exit函数会在进程退出的时候，重置缓冲区，而 _exit( )不会，因此我们可以猜测缓冲区是在exit那一层，也可以说明使用exit( )库函数的本质是在调用系统调用函数 _exit( ).
```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{ printf("Hello, this is a test code!");exit(0);
}
```
```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{ printf("Hello, this is a test code!");_exit(0);
}
```

进程等待

任何进程，在退出的情况系，一般必须要被父进程进行等待！

为什么父进程要等待？
1. 进程在退出的时候，如果父进程不管不顾，退出进程会出现僵尸状态从而到时内存泄漏。所以父进程通过等待，解决子进程出现的僵尸问题，为了回收系统资源。（这是一定要考虑的）
2. 获取子进程的退出信息，知道子进程是因为什么退出的。（可选的功能）
该怎么进行等待？

我们可以使用系统调用函数：wait( ) 和 waitpid( ) 函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int* status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int* status, int options);
- wait( )
  - 父进程阻塞等待任意一个子进程，子进程不退则父进程不退。
  - 该函数能够回收子进程资源，以及获取子进程的 pid。
  返回值：成功返回被等待进程的pid，失败返回-1.
  参数：输出型参数，获取子进程退出状态，不关心则可以设置成NULL
```
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>void ChildRun()
{int cnt = 1;while(cnt <= 5){printf("%d-> I am child process, pid: %d, ppid: %d\n", cnt, getpid(), getppid());sleep(1);cnt++;}
}int main()
{printf("I am process!\n");pid_t id = fork();if(id == 0){// childChildRun();printf("Child quit...\n");exit(123);}// fatherpid_t rid = wait(NULL);if(rid > 0){printf("wait success, rid: %d\n", rid);}else{printf("wait failed!\n");}sleep(2);return 0;
}
```
  最后是等待成功并且返回了子进程的pid
- waitpid( )
  
  回收子进程资源，解决僵尸问题的同时，还能够获取子进程退出信息。
  
  返回值：
  - pid_t > 0：等待成功，子进程退出，并且父进程回收成功
  - pid_t < 0：等待失败
  - pid_t == 0：检测是成功的，只不过子进程还没退出，需要你下一次重复等待。
  参数：
  1. pid_t pid
    - pid == -1，等待任意一个子进程，与wait一样。
    - pid > 0，等待其进程的ID与pid相等的子进程。
  2. int* status
    - 输出型参数，用来保存退出信息，保存退出码 + 退出信号，让我们知道“退出”的情况如何
  3. int options
    - 指定父进程的等待方式，为 0 则让父进程进行阻塞等待，非 0 则进行非阻塞等待。
```
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
void ChildRun()
{int cnt = 1;while(cnt <= 5){printf("%d-> I am child process, pid: %d, ppid: %d\n", cnt, getpid(), getppid());sleep(1);cnt++;}
}int main()
{printf("I am process!\n");pid_t id = fork();if(id == 0){// childChildRun();printf("Child quit...\n");exit(123);}// fatherint status = 0;pid_t rid = waitpid(-1, &status, 0);if(rid > 0){printf("wait success, rid: %d\n", rid);}else{printf("wait failed!\n");}sleep(2);printf("father process quit, status: %d\n", status);return 0;
}
```
      最后的运行结果status是31488，这么奇怪的数字。
      - 分析status
        
        我们介绍过，status是输出型参数，记录了该进程的退出码 + 退出信号，但是我们应该如何利用一个值记录退出码和退出信号呢？
        
        [!NOTE]
        
        我们都知道，一个int* 变量的大小是4字节，那么也就是32个比特位，但status不能简单的当做int 来看待，可以当做位图来看，我们只研究低16比特位*
        
        分为两种情况：
        
        正常终止时：高8位为退出码信息，低8位默认全部为0
        被信号杀掉时（出现异常）：高8位不再使用，低7位存储终止信号，中间还有一位存core dump标志位
        
        红色各段就代表着退出码 + 退出信号，退出码拥有8个比特位，而终止信号拥有7个比特位
        
        所以我们上述的31488其实是两个数据的整合，但是我们也可以打印出来看看。
        
        我们需要将退出码先挪动到低8位，再转换为10进制，所以我们可以用位运算操作符：
        打印退出码：(status >> 8) & 0xFF
        打印退出信号：status & 0x7F
        
        printf("exit_code: %d, exit_signal: %d\n", (status >> 8)&0xFF, (status & 0x7F));
        
        最后的输出结果：
        
        因为我的子进程最后exit了123，又因为这是正常终止，所以返回退出码接收到了123.
        但如果我加一个段错误，再运行就会如下图所示：
        
        此时是异常退出，status就会收到退出信号而非退出码。
        
        我们也可以利用两个宏，来查出退出码：
        
        WIFEXITED(status)：若位正常终止子进程返回的状态，则为真。（主要是查看子进程是否正常退出，本质上是查看signal位是否满足。
        WEXITSTATUS(status)：若WIFEXITED非空，提取子进程的退出码。
        
        if(WIFEXITED(status)) {printf("child process quit success, chid exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status)); } else {printf("child process quit unnormal!\n"); }

非阻塞等待：

我们上面讲的等待过程是属于阻塞等待，还记得我们在进程状态部分讲解过阻塞态吗，还记得阻塞态是会进入等待队列的吗？如果你有疑问的话可以去看看我之前写的博客：进程的祖册、挂起和运行状态。
那我们刚刚介绍waitpid( )系统调用时，也介绍了参数option是控制关于非阻塞等待的，如果参数option为0，那就是阻塞等待，父进程会等待子进程结束，再进行父进程的操作，这是阻塞等待。
非阻塞等待是父进程在等待子进程的过程中，父进程同时也在做某些操作，这就是非阻塞等待。

[!NOTE]

我们可以使用宏：WNOHANG 来表示父进程进入非阻塞等待。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>void ChildRun()
{int cnt = 1;while(cnt <= 5){printf("%d-> I am child process, pid: %d, ppid: %d\n", cnt, getpid(), getppid());sleep(1);cnt++;}
}void DoOtherThing()
{printf("   I am doing my father things while child process is running!\n");
}int main()
{printf("I am a process, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());pid_t id = fork();if(id == 0){//childChildRun();printf("child process quit...\n");sleep(1);exit(0);}//fatherint status = 0;while(1){pid_t rid = waitpid(0, &status, WNOHANG);if(rid == 0){printf("   Just checking child process...\n");DoOtherThing();sleep(1);}else if(rid > 0){printf("wait suceess!\n");break;}else{printf("wait failed!\n");break;}}if(WIFEXITED(status)){sleep(1);printf("father process quit success!\n");printf("exit_code: %d, exit_signal: %d\n", WEXITSTATUS(status), status&0x7F);}else{printf("quit unnormal!\n");}return 0;
}

通过以上代码，我们就能实现子进程运行的同时，父进程也在运行自己的任务：

总结：

现在我们已经学会了有关进程创建的话题，接下来我们将要讨论进程替换的话题。