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(lái)創(chuàng)建進(jìn)程！

參數(shù)：無(wú)參； 

返回值：

創(chuàng)建失敗，返回負(fù)值；

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

fork返回值的認(rèn)識(shí)

可以移步至我的另一篇文章：Linux下的進(jìn)程地址空間----頁(yè)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(wú)限制的創(chuàng)建子進(jìn)程，通常都會(huì)給父進(jìn)程設(shè)置一個(gè)"進(jìn)程上限"；

fork函數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

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

2、一個(gè)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(yùn)行，最后結(jié)果正確；

2、程序正常運(yùn)行，最后結(jié)果錯(cuò)誤；

3、程序異常終止?。ū热纾撼霈F(xiàn)除以0、對(duì)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(hào)！

進(jìn)程退出碼

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

那么什么是進(jìn)程退出碼？

一個(gè)程序是從main函數(shù)開(kāi)始的吧，那么終止也是終止與main函數(shù)對(duì)吧，main函數(shù)最后是不是有個(gè)return 0；這個(gè)0就是進(jìn)程退出碼；

return 0，表示該進(jìn)程正常運(yùn)行，且運(yùn)行結(jié)果正確；

return 其他數(shù)據(jù)，表示該進(jìn)程正常運(yùn)行，但是運(yùn)行結(jié)果錯(cuò)誤，那么到底是為什么錯(cuò)誤呢？作為父進(jìn)程需要知道原因，我們此時(shí)return 的數(shù)字就表示這個(gè)錯(cuò)誤原因，這個(gè)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(jià)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?cè)趍ain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(kāi)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(lái)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(yùn)行結(jié)束，結(jié)果運(yùn)行正確；其他數(shù)字表示正常運(yùn)行結(jié)束，結(jié)果運(yùn)行錯(cuò)誤！ 

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

當(dāng)然有，我們可以通過(guò)下面一段測(cè)試代碼來(lái)看待結(jié)果：

分析：printf在輸出“Hello World!”的時(shí)候，會(huì)首先將字符串發(fā)送到“緩沖區(qū)”，但是由于字符串末尾沒(méi)有’\n’,printf后面沒(méi)有輸入語(yǔ)句，printf語(yǔ)句后面沒(méi)有fflush強(qiáng)制刷新緩沖區(qū)！我們并不會(huì)立即看到字符串，在休眠2s過(guò)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(huì)刷新緩沖區(qū)，也就是說(shuō)我們會(huì)看到“Hello World!”，那么結(jié)果到底是不是？我們運(yùn)行一下：

結(jié)果的確是這樣！

那么如果我們?cè)賮?lái)利用_exit()函數(shù)來(lái)提前終止程序呢？

我們會(huì)發(fā)現(xiàn)什么也沒(méi)有?。?！

嗯？為什么會(huì)這樣？

首先我們的字符串會(huì)被先發(fā)送到緩沖區(qū)，這是沒(méi)有問(wèn)題的？問(wèn)題是我們利用_exit()提前結(jié)束掉進(jìn)程過(guò)后，屏幕上沒(méi)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(yǔ)言庫(kù)函數(shù)里面的函數(shù)接口，而_exit()不屬于C語(yǔ)言，_exit()是系統(tǒng)調(diào)用；exit()內(nèi)部也是通過(guò)調(diào)用_exit()系統(tǒng)調(diào)用來(lái)終止進(jìn)程的，只不過(guò)exit()內(nèi)部更加豐富，在結(jié)束進(jìn)程之前，會(huì)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(méi)有這么多前戲，就是純粹的終止進(jìn)程！它不會(huì)刷新緩存區(qū)，因此我們?cè)谡{(diào)用_exit()結(jié)束進(jìn)程的時(shí)候，沒(méi)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(méi)有機(jī)會(huì)輸出到屏幕上！

同時(shí)我們的return 數(shù)字；準(zhǔn)確上來(lái)說(shuō)等價(jià)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(yùn)行結(jié)束了，子進(jìn)程到底把這個(gè)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(gè)信息報(bào)告給我們用戶！

但是對(duì)于我們用戶來(lái)說(shuō)，進(jìn)程退出碼就是一個(gè)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(lái)映射進(jìn)程退出碼的對(duì)應(yīng)信息！在C語(yǔ)言庫(kù)中，給我們提供了一張這樣的映射表，我們可以通過(guò)strerror()函數(shù)來(lái)訪問(wèn)這種表！

參數(shù)： 錯(cuò)誤號(hào)； 

返回值： 錯(cuò)誤號(hào)對(duì)應(yīng)的字符串首地址！

通過(guò)下面一段程序，我們來(lái)輸出一下“錯(cuò)誤表”中對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤信息：

運(yùn)行結(jié)果：

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

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(jiàn)一見(jiàn)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(gè)命令是查看最近一次進(jìn)程運(yùn)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(diǎn)，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(gè)進(jìn)程退出碼去查一下C庫(kù)的“錯(cuò)誤表”：

發(fā)現(xiàn)ls的進(jìn)程退出碼(2)的確實(shí)對(duì)應(yīng)的“No such file or directory”的錯(cuò)誤信息，表示ls命令采用了C庫(kù)的“錯(cuò)誤表”；

當(dāng)然也有一些是命令是不遵循的，比如：

查看C庫(kù)“錯(cuò)誤表”：

我們發(fā)現(xiàn)是匹配不上的，說(shuō)明kill命令并沒(méi)有采用C庫(kù)里面的錯(cuò)誤信息，而是采用了自己設(shè)計(jì)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(shuí)等？等誰(shuí)？

答案是：父進(jìn)程等，等子進(jìn)程！

明白了這一點(diǎn)，我們?cè)賮?lái)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(lái)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(guò)后會(huì)進(jìn)入僵尸狀態(tài)，以此來(lái)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(gè)弊端：僵尸不死不滅，就算是用kill -9命令也無(wú)法將其殺死！因?yàn)樗旧砭鸵呀?jīng)終止了，沒(méi)辦法殺死一個(gè)已經(jīng)死去的進(jìn)程！但是，該進(jìn)程占據(jù)的空間還沒(méi)有釋放，如果沒(méi)有人來(lái)釋放掉該空間的話，就會(huì)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(guò)后，會(huì)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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)！

在具體使用之前，我們需要先了解一下這兩個(gè)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(hào)(如果程序正常運(yùn)行結(jié)束的話，信號(hào)是0)；當(dāng)然如果我們不關(guān)心進(jìn)程的退出碼和信號(hào)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(méi)有子進(jìn)程)，返回-1；

下面我們就先來(lái)實(shí)際用一下wait()系統(tǒng)調(diào)用：

運(yùn)行結(jié)果：

實(shí)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(shí)，父進(jìn)程也會(huì)自動(dòng)的等待子進(jìn)程運(yùn)行完畢！相當(dāng)于在子進(jìn)程運(yùn)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(huì)被OS放入一個(gè)等待隊(duì)列中進(jìn)行等待子進(jìn)程的運(yùn)行結(jié)束！

靜態(tài)圖片不好演示父進(jìn)程等待的這個(gè)過(guò)程，讀者可以自行驗(yàn)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(lái)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(shí)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(guò)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(méi)運(yùn)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(gè)int類型的指針過(guò)去，這個(gè)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(shuō)status必須指向一個(gè)int類型的空間，這個(gè)int類型的空間用來(lái)存儲(chǔ)子進(jìn)程的退出碼+信號(hào)信息！

是的！你沒(méi)聽(tīng)錯(cuò)！這個(gè)int空間會(huì)被用來(lái)存儲(chǔ)兩種信息！

• int 類型有4個(gè)字節(jié)對(duì)吧！而我們的退出碼也就0~255種情況一個(gè)字節(jié)就能存儲(chǔ)起來(lái)，我們的信號(hào)信息也就幾十個(gè)情況，也能用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)起來(lái)！
• status不能簡(jiǎn)單的當(dāng)作整形來(lái)看待，可以當(dāng)作位圖來(lái)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(hào)？

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

下面我們來(lái)具體演示一下：

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

那么結(jié)果是不是呢？

答案確實(shí)是這樣？

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

（我們這里故意制造一個(gè)，子進(jìn)程除以0的語(yǔ)句，來(lái)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(hào)的？

在子進(jìn)程的pcb結(jié)構(gòu)體中，有兩個(gè)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(hào)；

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(huì)根據(jù)子進(jìn)程終止時(shí)的退出碼和終止信號(hào)來(lái)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(shí)候，OS就會(huì)將子進(jìn)程pcb里面的

exit_code和exit_signal存儲(chǔ)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(hào)！

父進(jìn)程在使用wait()/waitpid()的期間在做什么？

通過(guò)上面使用wait()的時(shí)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(huì)等待子進(jìn)程的運(yùn)行結(jié)束，父進(jìn)程并沒(méi)有直接越過(guò)wait()接口而去執(zhí)行后面的指令！在子進(jìn)程運(yùn)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(yùn)行期間，OS會(huì)把父進(jìn)程放入一個(gè)阻塞隊(duì)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(gè)指針指向該pcb的父進(jìn)程pcb:

當(dāng)我們的子進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束過(guò)后，OS會(huì)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(duì)列中喚醒！然后在讓父進(jìn)程來(lái)獲取子進(jìn)程的進(jìn)程退出碼和終止信號(hào)！最后順便完成子進(jìn)程的空間釋放！

看到這里，或許我們會(huì)疑惑，父進(jìn)程在使用wait()接口等待的時(shí)候就真什么也不做，一直等著子進(jìn)程，是不是效率有點(diǎn)低了？能不能讓父進(jìn)程在等待的這段時(shí)間去做一點(diǎn)別的事情？或者說(shuō)讓父進(jìn)程每隔一個(gè)時(shí)間段去看一看子進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束沒(méi)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?yàn)閰?shù)太少了！只要父進(jìn)程已使用wait()接口等待，父進(jìn)程就會(huì)卡在wait()函數(shù)內(nèi)部，直到子進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束！但是我們可以使用waitpid()接口哇！

還記得waitpid()有個(gè)參數(shù)option嗎？當(dāng)option為0的時(shí)候，父進(jìn)程在等待子進(jìn)程期間就會(huì)進(jìn)入阻塞隊(duì)列中進(jìn)行等待，也就是說(shuō)父進(jìn)程會(huì)卡在waitpid()內(nèi)部，知道子進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束！當(dāng)option=WNOHANG的時(shí)候父進(jìn)程不會(huì)進(jìn)入阻塞隊(duì)列中，而是檢測(cè)一下子進(jìn)程的狀態(tài)，當(dāng)子進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束時(shí)waitpid()會(huì)返回子進(jìn)程的pid；當(dāng)子進(jìn)程正在運(yùn)行時(shí)waitpid(),返回0；當(dāng)?shù)却r(shí)，waitpid()返回-1；至此當(dāng)父進(jìn)程使用waitpid()并且option參數(shù)設(shè)計(jì)成WNOHANG時(shí)父進(jìn)程就不會(huì)卡在waitpid()接口內(nèi)部，不管是那種情況這個(gè)“模式”下的waitpid()都是會(huì)返回一個(gè)值，我們就可以根據(jù)這個(gè)返回值來(lái)設(shè)計(jì)父進(jìn)程下一步該做什么？如果返回值是0，說(shuō)明子進(jìn)程還在運(yùn)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(lái)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(guò)具體的代碼來(lái)表現(xiàn)一下阻塞輪詢:

運(yùn)行結(jié)果：

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

現(xiàn)在我們?cè)賮?lái)對(duì)比一下，阻塞等待（也就是option參數(shù)設(shè)計(jì)成0即可）:

我們可以看到在使用阻塞等待的時(shí)候，父進(jìn)程沒(méi)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(yùn)行結(jié)束，當(dāng)子進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束后，父進(jìn)程通過(guò)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(yùn)行結(jié)束的語(yǔ)句！

這就是阻塞等待與阻塞輪詢的區(qū)別！

總結(jié)

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

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