一.進程創建

在linux中利用fork函數創建子進程，它從已存在進程中創建一個新進程。新進程爲子進程，而原進程爲父進程。

詳悉fork()函數

從已存在進程中創建一個新進程。新進程爲子進程，而原進程爲父進程。

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

返回值：
子進程中返回0
父進程返回子進程id
出錯返回-1
fork函數被調用一次將返回兩次，在子進程中返回0，在父進程中返回子進程的ID。
子進程獲得父進程的數據空間、堆、棧副本

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
#include <malloc.h>
int globvar=6;//全局變量
char buf[]="hello world\r\n";
int main( )
{
    int var;//棧上變量
    pid_t pid;
    var = 88;
    int *ptr=(int *)malloc(sizeof(int));
    *ptr=2;
    if(write(STDOUT_FILENO,buf,sizeof(buf)-1)!=sizeof(buf)-1)
    {
        printf("write error\r\n");
        return -1;
    }
    printf("before fork\r\n");
    if((pid=fork())<0)
    {
        printf("fork error");
        return -1;
    }
    else if(pid==0)//child 
    {
        ++*ptr;
        ++var;
        ++globvar;
    }
    else//parent
    {
        sleep(2);
    }

    printf("pid = %ld, globvar = %d, &var = %ld , var = %d , *ptr = %d , ptr=%ld\r\n",(long)getpid(),globvar,(long)&var, var ,*ptr,(long)ptr);
    free(ptr);
    return 0;
}

運行結果：

hello world
before fork
pid = 15694, globvar = 7, &var = 140737488348208 , var = 89 , *ptr = 3 , ptr=6299664
pid = 15690, globvar = 6, &var = 140737488348208 , var = 88 , *ptr = 2 , ptr=6299664

我們看到地址都是一樣的，但是值不一樣，說明子進程中發生了拷貝，但是爲什麼地址一樣呢？

這裏涉及到物理地址和邏輯地址（或稱虛擬地址）的概念。

在fork之後exec之前兩個進程用的是相同的物理空間（內存區），子進程的代碼段、數據段、堆棧都是指向父進程的物理空間，也就是說，兩者的虛擬空間不同， 但其對應的物理空間是同一個。
當父子進程中有更改相應段的行爲發生時，再爲子進程相應的段分配物理空間，  
由於兩者執行的代碼不同，子進程的代碼段也會分配單獨的物理空間。
fork之後內核會通過將子進程放在隊列的前面，以讓子進程先執行，以免父進程執行導致寫時複製，而後子進程執行exec系統調用，因無意義的複製而造成效率的下降。
fork時子進程獲得父進程數據空間、堆和棧的複製，所以變量的地址（當然是虛擬地址）也是一樣的。
每個進程都有自己的虛擬地址空間，不同進程的相同的虛擬地址顯然可以對應不同的物理地址。因此地址相同（虛擬地址）而值不同。

寫時拷貝

通常，父子代碼共享，父子再不寫入時，數據也是共享的，當任意一方試圖寫入，便以寫時拷貝的方式各自一份副本。（類似C++String類中的寫時拷貝）

fork常規用法

父進程希望複製自己，使父子進程同時執行不同的代碼段。例如，父進程等待客戶端請求，生成子進程來處理請求。
進程要執行一個不同的程序。例如子進程從fork返回後，調用exec函數。

二.進程終止

1.進程退出場景

代碼運行完畢，結果正確
代碼運行完畢，結果不正確
代碼異常終止

2.進程常見退出方法

正常終止（可以通過 echo $? 查看進程退出碼）：

從main返回 return 0;
調用exit
_exit

異常退出：
ctrl + c，信號終止

3._exit函數

#include <unistd.h>
void _exit(int status);
參數：status 定義了進程的終止狀態，父進程通過wait來獲取該值

注：雖然status是int，但是僅有低8位可以被父進程所用。所以_exit(-1)時，在終端執行$?發現返回值是255。

4.exit函數

#include <unistd.h>
void exit(int status);

exit最後也會調用_exit, 但在調用_exit之前，還做了其他工作：

執行用戶通過 atexit或on_exit定義的清理函數。
關閉所有打開的流，所有的緩存數據均被寫入
調用_exit

實例：

int main()
{
   printf("hello");
   exit(0);
}
運行結果:
[root@localhost linux]# ./a.out
hello[root@localhost linux]#

int main()
{
   printf("hello");
   _exit(0);
}
運行結果:
[root@localhost linux]# ./a.out
[root@localhost linux]#

5.return退出

return是一種更常見的退出進程方法。執行return n等同於執行exit(n),因爲調用main的運行時函數會將main的返回值當做 exit的參數。

三.進程等待

1.爲什麼要進程等待

子進程退出，父進程如果不管不顧，就可能造成‘殭屍進程’的問題，進而造成內存泄漏。
父進程通過進程等待的方式，回收子進程資源，獲取子進程退出信息

2.進程等待的方法

1.wait()

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
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：
 輸出型參數，獲取子進程退出狀態,不關心則可以設置成爲NULL

2.waitpid方法

pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
返回值：
 當正常返回的時候waitpid返回收集到的子進程的進程ID；
 如果設置了選項WNOHANG,而調用中waitpid發現沒有已退出的子進程可收集,則返回0；
 如果調用中出錯,則返回-1,這時errno會被設置成相應的值以指示錯誤所在；
參數：
 pid：
 Pid=-1,等待任一個子進程。與wait等效。
 Pid>0.等待其進程ID與pid相等的子進程。
 status:
 WIFEXITED(status): 若爲正常終止子進程返回的狀態，則爲真。（查看進程是否是正常退出）
 WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子進程退出碼。（查看進程的退出碼）
 options:
 WNOHANG: 若pid指定的子進程沒有結束，則waitpid()函數返回0，不予以等待。若正常結束，則返回該
子進程的ID。

注：

如果子進程已經退出，調用wait/waitpid時，wait/waitpid會立即返回，並且釋放資源，獲得子進程退出信息。
如果在任意時刻調用wait/waitpid，子進程存在且正常運行，則進程可能阻塞。
如果不存在該子進程，則立即出錯返回。

3.status參數

wait和waitpid，都有一個status參數，該參數是一個輸出型參數，由操作系統填充。
如果傳遞NULL，表示不關心子進程的退出狀態信息。
否則，操作系統會根據該參數，將子進程的退出信息反饋給父進程。
status不能簡單的當作整形來看待，可以當作位圖來看待。

4.測試代碼

#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
 pid_t pid;
 pid = fork();
 if(pid < 0){
   printf("%s fork error\n",__FUNCTION__);
   return 1;
 } else if( pid == 0 ){ //child
   printf("child is run, pid is : %d\n",getpid());
   sleep(5);
   exit(257);
 } else{
   int status = 0;
   pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);//阻塞式等待，等待5S
   printf("this is test for wait\n");
   if( WIFEXITED(status) && ret == pid ){
 printf("wait child 5s success, child return code is 
:%d.\n",WEXITSTATUS(status));
 }else{
 printf("wait child failed, return.\n");
 return 1;
 }
 }
 return 0;
}
運行結果:
[root@localhost linux]# ./a.out
child is run, pid is : 45110
this is test for wait
wait child 5s success, child return code is :1.

四.進程替換

用fork創建子進程後執行的是和父進程相同的程序(但有可能執行不同的代碼分支),子進程往往要調用一種exec函數
以執行另一個程序。當進程調用一種exec函數時,該進程的用戶空間代碼和數據完全被新程序替換,從新程序的啓動
例程開始執行。調用exec並不創建新進程,所以調用exec前後該進程的id並未改變。

1.替換函數

其實有六種以exec開頭的函數,統稱exec函數:

#include <unistd.h>`
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *constargv[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

這些函數如果調用成功則加載新的程序從啓動代碼開始執行,不再返回。
如果調用出錯則返回-1
所以exec函數只有出錯的返回值而沒有成功的返回值。

l(list) : 表示參數採用列表
v(vector) : 參數用數組
p(path) : 有p自動搜索環境變量PATH
e(env) : 表示自己維護環境變量

測試實例：

#include <unistd.h>
int main()
{
   char *const argv[] = {"ps", "-ef", NULL};
   char *const envp[] = {"PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL};
   execl("/bin/ps", "ps", "-ef", NULL);
   // 帶p的，可以使用環境變量PATH，無需寫全路徑
   execlp("ps", "ps", "-ef", NULL);
   // 帶e的，需要自己組裝環境變量
   execle("ps", "ps", "-ef", NULL, envp);
   execv("/bin/ps", argv);
   // 帶p的，可以使用環境變量PATH，無需寫全路徑
   execvp("ps", argv);
   // 帶e的，需要自己組裝環境變量
   execve("/bin/ps", argv, envp);
   exit(0);
}

//本節內容需要在理解一下！！

【Linux】進程控制

一.進程創建

詳悉fork()函數

寫時拷貝

二.進程終止

三.進程等待

1.爲什麼要進程等待

2.進程等待的方法

四.進程替換

1.替換函數

【Linux】線程安全（二）

【C++】模板之模板分離情況

【Linux】查看進程以及建立子進程fork()函數

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