進(jìn)程創(chuàng)建

在Linux環(huán)境下，我們使用系統(tǒng)調(diào)用接口 fork()函數(shù)，來創(chuàng)建進(jìn)程！

參數(shù)：無參； 

返回值：

創(chuàng)建失敗，返回負(fù)值；

創(chuàng)建成功，對于子進(jìn)程返回0，對于父進(jìn)程返回子進(jìn)程的pid；

fork返回值的認(rèn)識

可以移步至我的另一篇文章：Linux下的進(jìn)程地址空間----頁表

fork創(chuàng)建失敗的原因

1、物理內(nèi)存不夠了用了；創(chuàng)建子進(jìn)程也是需要消耗物理內(nèi)存的！

2、父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程的上限到了，OS為了限制用戶父進(jìn)程無限制的創(chuàng)建子進(jìn)程，通常都會給父進(jìn)程設(shè)置一個"進(jìn)程上限"；

fork函數(shù)的應(yīng)用場景

1、一個父進(jìn)程希望復(fù)制自己，使父子進(jìn)程同時執(zhí)行不同的代碼段。例如：父進(jìn)程等待客服端請求，生成子進(jìn)程來處理請求；

2、一個進(jìn)程需要執(zhí)行不同的程序。例如：子進(jìn)程從fork函數(shù)返回后，調(diào)用Add()接口，父進(jìn)程去執(zhí)行Sub()接口；

進(jìn)程終止

進(jìn)程終止的三種方式

1、程序正常運行，最后結(jié)果正確；

2、程序正常運行，最后結(jié)果錯誤；

3、程序異常終止?。ū热纾撼霈F(xiàn)除以0、對空指針解引用、kill -9 命令殺掉進(jìn)程等等）這本質(zhì)上：就是OS向該進(jìn)程發(fā)送了一種信號！

進(jìn)程退出碼

進(jìn)程退出碼存在的前提就是程序正常運行完畢！在其他情況下，進(jìn)程退出碼沒有意義！

那么什么是進(jìn)程退出碼？

一個程序是從main函數(shù)開始的吧，那么終止也是終止與main函數(shù)對吧，main函數(shù)最后是不是有個return 0；這個0就是進(jìn)程退出碼；

return 0，表示該進(jìn)程正常運行，且運行結(jié)果正確；

return 其他數(shù)據(jù)，表示該進(jìn)程正常運行，但是運行結(jié)果錯誤，那么到底是為什么錯誤呢？作為父進(jìn)程需要知道原因，我們此時return 的數(shù)字就表示這個錯誤原因，這個數(shù)字也是進(jìn)程退出碼！ 

當(dāng)然不止main函數(shù)的返回值是進(jìn)程退出碼，exit()/_exit()函數(shù)的參數(shù)都是進(jìn)程退出碼！

我們可以理解為exit()/-exit()//函數(shù)的參數(shù)等價于return 數(shù)字；

return 數(shù)字只能在main函數(shù)內(nèi)部進(jìn)行返回，但是如果我們在main函數(shù)以外的地方，遇到了不合理的地方想要提前終止進(jìn)程(比如利用malloc開辟空間失敗，我們就可以提前終止進(jìn)程)，我們就可以利用exit()/_exit()，來提前終止掉該進(jìn)程！

exit()/_exit()//的參數(shù)就相當(dāng)于main函數(shù)的返回值！0：表示正常運行結(jié)束，結(jié)果運行正確；其他數(shù)字表示正常運行結(jié)束，結(jié)果運行錯誤！ 

那么exit()/與_exit()看起來長得很像啊，那么他們有區(qū)別嗎？

當(dāng)然有，我們可以通過下面一段測試代碼來看待結(jié)果：

分析：printf在輸出“Hello World!”的時候，會首先將字符串發(fā)送到“緩沖區(qū)”，但是由于字符串末尾沒有’\n’,printf后面沒有輸入語句，printf語句后面沒有fflush強(qiáng)制刷新緩沖區(qū)！我們并不會立即看到字符串，在休眠2s過后進(jìn)程調(diào)用exit提前終止掉了，也就是程序結(jié)束了，程序結(jié)束是會刷新緩沖區(qū)，也就是說我們會看到“Hello World!”，那么結(jié)果到底是不是？我們運行一下：

結(jié)果的確是這樣！

那么如果我們再來利用_exit()函數(shù)來提前終止程序呢？

我們會發(fā)現(xiàn)什么也沒有?。?！

嗯？為什么會這樣？

首先我們的字符串會被先發(fā)送到緩沖區(qū)，這是沒有問題的？問題是我們利用_exit()提前結(jié)束掉進(jìn)程過后，屏幕上沒有出現(xiàn)字符串！但是利用exit()提前結(jié)束，確有字符串！

這到底是為什么？

首先我們需要明白，exit()是C語言庫函數(shù)里面的函數(shù)接口，而_exit()不屬于C語言，_exit()是系統(tǒng)調(diào)用；exit()內(nèi)部也是通過調(diào)用_exit()系統(tǒng)調(diào)用來終止進(jìn)程的，只不過exit()內(nèi)部更加豐富，在結(jié)束進(jìn)程之前，會做一些工作，比如：執(zhí)行用戶定義的清理

函數(shù)、刷新緩沖區(qū)、關(guān)閉流等；但是_exit()沒有這么多前戲，就是純粹的終止進(jìn)程！它不會刷新緩存區(qū)，因此我們在調(diào)用_exit()結(jié)束進(jìn)程的時候，沒有刷新緩沖區(qū)，直接就結(jié)束掉進(jìn)程了，我們的字符串也就一直停留在緩沖區(qū)，沒有機(jī)會輸出到屏幕上！

同時我們的return 數(shù)字；準(zhǔn)確上來說等價于exit();因此在平常的使用中我們更推薦使用exit();

為什么需要進(jìn)程退出碼？

子進(jìn)程是被父進(jìn)程創(chuàng)建的，父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程是為了讓子進(jìn)程幫助自己完成某樣任務(wù)，那么子進(jìn)程運行結(jié)束了，子進(jìn)程到底把這個任務(wù)完成的怎么樣？是好？還是壞？作為父進(jìn)程是需要知道的！進(jìn)程退出碼就是用于告訴父進(jìn)程它交給子進(jìn)程完成的任

務(wù)完成的怎么樣的信息！

父進(jìn)程再把這個信息報告給我們用戶！

但是對于我們用戶來說，進(jìn)程退出碼就是一個單純的數(shù)字，我們作為人類只看的懂字符串！因此我們需要一樣表來映射進(jìn)程退出碼的對應(yīng)信息！在C語言庫中，給我們提供了一張這樣的映射表，我們可以通過strerror()函數(shù)來訪問這種表！

參數(shù)： 錯誤號； 

返回值： 錯誤號對應(yīng)的字符串首地址！

通過下面一段程序，我們來輸出一下“錯誤表”中對應(yīng)的錯誤信息：

運行結(jié)果：

我們可以看到“錯誤表”里面總共記錄了134個錯誤信息；當(dāng)然這只是Linux環(huán)境下的，Window環(huán)境下可能會不一樣！這張“錯誤表”雖然是C語言庫給我們提供的，但是我們沒必要一定要遵守這張表，我們可以映射自己的“錯誤表”；當(dāng)然這些錯誤信息最多也就255個；

如何查看進(jìn)程退出碼？

好，現(xiàn)在我知道了什么是進(jìn)程退出碼和為什么要有進(jìn)程退出碼，那么能不能讓我們見一見進(jìn)程退出碼？

當(dāng)然可以：查看進(jìn)程退出碼用命令echo $?//這個命令是查看最近一次進(jìn)程運行結(jié)束的退出碼！

比如現(xiàn)在我們故意將我們的進(jìn)程退出碼設(shè)置"特殊"一點，方便我們觀察：

當(dāng)然我們也可以用于產(chǎn)看系統(tǒng)指令的進(jìn)程退出碼，比如：

我們可以用這個進(jìn)程退出碼去查一下C庫的“錯誤表”：

發(fā)現(xiàn)ls的進(jìn)程退出碼(2)的確實對應(yīng)的“No such file or directory”的錯誤信息，表示ls命令采用了C庫的“錯誤表”；

當(dāng)然也有一些是命令是不遵循的，比如：

查看C庫“錯誤表”：

我們發(fā)現(xiàn)是匹配不上的，說明kill命令并沒有采用C庫里面的錯誤信息，而是采用了自己設(shè)計的！

進(jìn)程等待

為什么要進(jìn)行進(jìn)程等待？

進(jìn)程等待是誰等？等誰？

答案是：父進(jìn)程等，等子進(jìn)程！

明白了這一點，我們再來談為什么要進(jìn)行進(jìn)程等待？

1、子進(jìn)程不可能直接就推出了，父進(jìn)程需要獲取子進(jìn)程的退出碼，來獲知交給子進(jìn)程的任務(wù)完成的怎么樣；

2、因此，子進(jìn)程在終止過后會進(jìn)入僵尸狀態(tài)，以此來讓父進(jìn)程獲取子進(jìn)程的退出碼；但是處于僵尸狀態(tài)有一個弊端：僵尸不死不滅，就算是用kill -9命令也無法將其殺死！因為它本身就已經(jīng)終止了，沒辦法殺死一個已經(jīng)死去的進(jìn)程！但是，該進(jìn)程占據(jù)的空間還沒有釋放，如果沒有人來釋放掉該空間的話，就會造成內(nèi)存泄漏！為此父進(jìn)程在獲取到子進(jìn)程的退出碼過后，會順便將子進(jìn)程的空間也一并釋放了；

什么是進(jìn)程等待？

知道了為什么需要進(jìn)行進(jìn)程等待，我們也就明白了進(jìn)程等待的本質(zhì)：

進(jìn)程等待的本質(zhì)：獲取子進(jìn)程退出碼以此來知曉父進(jìn)程交代給子進(jìn)程的任務(wù)子進(jìn)程完成的怎么樣，并順便釋放掉子進(jìn)程的空間！

怎么進(jìn)行進(jìn)程等待？

我們可以使用系統(tǒng)調(diào)用wait()/waitpid();來實現(xiàn)！

在具體使用之前，我們需要先了解一下這兩個系統(tǒng)調(diào)用：

pid_t wait(int*status)；

Linux下包含頭文件:sys/types.h和sys/wait.h 

參數(shù)： 輸出型參數(shù)用于獲取進(jìn)程退出碼和信號(如果程序正常運行結(jié)束的話，信號是0)；當(dāng)然如果我們不關(guān)心進(jìn)程的退出碼和信號的話，我們可以將其設(shè)置為NULL； 

返回值: 等待成功：返回等待進(jìn)程的pid；等待失敗(比如父進(jìn)程沒有子進(jìn)程)，返回-1；

下面我們就先來實際用一下wait()系統(tǒng)調(diào)用：

運行結(jié)果：

實際上我們不需要使用sleep()函數(shù)，當(dāng)父進(jìn)程調(diào)用wait函數(shù)時，父進(jìn)程也會自動的等待子進(jìn)程運行完畢！相當(dāng)于在子進(jìn)程運行的這段期間，父進(jìn)程相當(dāng)于卡在了wait函數(shù)內(nèi)部！這叫做阻塞等待！父進(jìn)程會被OS放入一個等待隊列中進(jìn)行等待子進(jìn)程的運行結(jié)束！

靜態(tài)圖片不好演示父進(jìn)程等待的這個過程，讀者可以自行驗證！

注意：wait是處理當(dāng)前進(jìn)程中最先進(jìn)入僵尸狀態(tài)的子進(jìn)程；

上面介紹了wait()系統(tǒng)調(diào)用，接著我們來介紹一下waitpid()系統(tǒng)調(diào)用，waitpid與wait功能相似，wait是處理最先處于僵尸狀態(tài)的子進(jìn)程，waitpid是處理指定pid的子進(jìn)程；

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

參數(shù): pid：指定等待的子進(jìn)程；pid=-1時則處理最先處于僵尸狀態(tài)的子進(jìn)程；

• status：輸出型參數(shù)；與wait的status功能一樣；
• option：決定父進(jìn)程在等待的過程中是否可與去做其他事情；
• 0：不可以；WNOHANG：可以！

返回值：： 

option=0：

• 等待成功，返回子進(jìn)程pid；
• 等待失敗，返回-1；

option=WNOHANG：

• 等待成功,返回子進(jìn)程pid；
• 子進(jìn)程還沒運行結(jié)束，返回0；
• 等待失?。ㄗ舆M(jìn)程不存在），返回-1，

具體用法如下：

現(xiàn)在如果我們關(guān)心子進(jìn)程的退出信息呢？

那么我們的status參數(shù)就不能在傳空指針了，我們需要傳遞一個int類型的指針過去，這個int類型的指針必須指向一塊有效的空間！相當(dāng)于：

也就是說status必須指向一個int類型的空間，這個int類型的空間用來存儲子進(jìn)程的退出碼+信號信息！

是的！你沒聽錯！這個int空間會被用來存儲兩種信息！

• int 類型有4個字節(jié)對吧！而我們的退出碼也就0~255種情況一個字節(jié)就能存儲起來，我們的信號信息也就幾十個情況，也能用一個字節(jié)存儲起來！
• status不能簡單的當(dāng)作整形來看待，可以當(dāng)作位圖來看待，具體細(xì)節(jié)如下圖（只研究status低16比特位）：

那么我們?nèi)绾文贸龅竭M(jìn)程退出碼和終止信號？

我們可以利用(status指向的整形>>8)&0xFF的方式來拿出進(jìn)程退出碼！(status&0x7F)的方式來拿出終止信號；

下面我們來具體演示一下：

我們設(shè)置的子進(jìn)程的退出碼是107，如果子進(jìn)程是正常運行結(jié)束的話，那么終止信號也就是0；

那么結(jié)果是不是呢？

答案確實是這樣？

當(dāng)然如果程序是異常終止的話，那么信號也是其它數(shù)字，這時候在看進(jìn)程退出碼已經(jīng)沒有任何意義了！

（我們這里故意制造一個，子進(jìn)程除以0的語句，來使子進(jìn)程異常終止：）

那么父進(jìn)程是如何獲取到子進(jìn)程的進(jìn)程退出碼的和終止信號的？

在子進(jìn)程的pcb結(jié)構(gòu)體中，有兩個變量：

int exit_code;//用于記錄當(dāng)前進(jìn)程的退出碼；
int exit_signal//用于記錄當(dāng)前進(jìn)程的終止信號；

當(dāng)子進(jìn)程進(jìn)入僵尸狀態(tài)，也就是子進(jìn)程被終止掉了！OS會根據(jù)子進(jìn)程終止時的退出碼和終止信號來填充exit_code和exit_signal；當(dāng)父進(jìn)程使用wait()/waitpid()系統(tǒng)調(diào)用的時候，OS就會將子進(jìn)程pcb里面的

exit_code和exit_signal存儲于status指針指向的int空間中，而status所指向的空間是屬于父進(jìn)程的，父進(jìn)程也就自然而然的拿到了子進(jìn)程的退出碼和終止信號！

父進(jìn)程在使用wait()/waitpid()的期間在做什么？

通過上面使用wait()的時候我們發(fā)現(xiàn)。即使不用sleep()讓父進(jìn)程，而是直接調(diào)用wait()接口，父進(jìn)程依舊會等待子進(jìn)程的運行結(jié)束，父進(jìn)程并沒有直接越過wait()接口而去執(zhí)行后面的指令！在子進(jìn)程運行期間，父進(jìn)程就像是卡在了wait()函數(shù)內(nèi)部，我們

把這種情況叫做阻塞等待！在子進(jìn)程運行期間，OS會把父進(jìn)程放入一個阻塞隊列中進(jìn)行等待！在此期間父進(jìn)程什么也做不了！在進(jìn)程的pcb結(jié)構(gòu)體中有一個指針指向該pcb的父進(jìn)程pcb:

當(dāng)我們的子進(jìn)程運行結(jié)束過后，OS會根據(jù)子進(jìn)程parent指向找到該子進(jìn)程的父進(jìn)程，然后將其父進(jìn)程從阻塞隊列中喚醒！然后在讓父進(jìn)程來獲取子進(jìn)程的進(jìn)程退出碼和終止信號！最后順便完成子進(jìn)程的空間釋放！

看到這里，或許我們會疑惑，父進(jìn)程在使用wait()接口等待的時候就真什么也不做，一直等著子進(jìn)程，是不是效率有點低了？能不能讓父進(jìn)程在等待的這段時間去做一點別的事情？或者說讓父進(jìn)程每隔一個時間段去看一看子進(jìn)程運行結(jié)束沒有，總之就是不要讓父進(jìn)程一直等待著子進(jìn)程？

當(dāng)然可以！當(dāng)然使用wait()接口肯定不行，因為參數(shù)太少了！只要父進(jìn)程已使用wait()接口等待，父進(jìn)程就會卡在wait()函數(shù)內(nèi)部，直到子進(jìn)程運行結(jié)束！但是我們可以使用waitpid()接口哇！

還記得waitpid()有個參數(shù)option嗎？當(dāng)option為0的時候，父進(jìn)程在等待子進(jìn)程期間就會進(jìn)入阻塞隊列中進(jìn)行等待，也就是說父進(jìn)程會卡在waitpid()內(nèi)部，知道子進(jìn)程運行結(jié)束！當(dāng)option=WNOHANG的時候父進(jìn)程不會進(jìn)入阻塞隊列中，而是檢測一下子進(jìn)程的狀態(tài)，當(dāng)子進(jìn)程運行結(jié)束時waitpid()會返回子進(jìn)程的pid；當(dāng)子進(jìn)程正在運行時waitpid(),返回0；當(dāng)?shù)却r，waitpid()返回-1；至此當(dāng)父進(jìn)程使用waitpid()并且option參數(shù)設(shè)計成WNOHANG時父進(jìn)程就不會卡在waitpid()接口內(nèi)部，不管是那種情況這個“模式”下的waitpid()都是會返回一個值，我們就可以根據(jù)這個返回值來設(shè)計父進(jìn)程下一步該做什么？如果返回值是0，說明子進(jìn)程還在運行，我們可以讓父進(jìn)程去執(zhí)行一些其他代碼，然后循環(huán)回來繼續(xù)接收一下waitpid()的返回值！像這種情況叫做阻塞輪詢！

下面我們通過具體的代碼來表現(xiàn)一下阻塞輪詢:

運行結(jié)果：

從運行結(jié)果我們可以看出，當(dāng)我們把option參數(shù)設(shè)成WNOHANG過后，父進(jìn)程沒有卡在waitpid()內(nèi)部，而是和子進(jìn)程一起在運行！

現(xiàn)在我們再來對比一下，阻塞等待（也就是option參數(shù)設(shè)計成0即可）:

我們可以看到在使用阻塞等待的時候，父進(jìn)程沒有去做其他事情（比如打印乘法口訣表）而是一直等待者子進(jìn)程的運行結(jié)束，當(dāng)子進(jìn)程運行結(jié)束后，父進(jìn)程通過waitpid()接收到子進(jìn)程pid，pid>0不滿足while進(jìn)入的條件！于是直接去執(zhí)行了printf子進(jìn)程運行結(jié)束的語句！

這就是阻塞等待與阻塞輪詢的區(qū)別！

總結(jié)

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。