【Linux】進程創建、進程終止、進程等待、進程程序替換

進程創建

在Linux 中 fork 函數是非常重要的，它從已經存在的進程中創建一個新的進程。

#include<unistd.h>
pid_t frok(void);
/*
創建成功：
    父進程：返回子進程 PID
    子進程：返回 0
創建失敗：
    父進程：返回 -1，並設置 errno
*/

程序調用 fork 後，當控制轉移到內核中的 fork 代碼後，內核：

• 分配新的內存塊和內核數據結合給子進程；
• 將父進程部分數據結構拷貝至子程序；
• 添加子進程到系統進程列表中；
• fork 返回後，開始調度執行；

                    

寫時拷貝：通常代碼共享，父子不再寫入時，數據也是共享的，當任意一方試圖寫入的時候，便以寫詩拷貝的方式各自一份副本；

              

#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
pid_t vfork(void);

vfork()：創建子進程，子進程和父進程公用同一塊虛擬地址空間，爲了防止調用棧混亂，因此阻塞父進程直到子進程退出調用exit() 退出 或者 進行程序替換；

fork()  和 vfork() 底層都是通過調用 clone() 實現進程的創建，但是在實現的時候，會稍有區別；

fork常規用法：父進程希望複製自己創建子進程從而同時執行不同的代碼段；一個進程要執行不同的程序；
fork調用失敗的原因：系統中的進程太多、實際用戶的進程數超過了限制；

進程終止

進程退出的場景：運行完畢，結果正確；運行完畢，結果不正確；代碼異常中止；

正常中止：從mian函數返回後；調用exit()函數；調用_exit（）；

exit 和 _exit 區別是 _exit 退出的時候不會刷新緩衝區，直接釋放資源；但是，實際上exit 最後也會調用 _exit 函數，但是在調用之前，還做了其他的工作：

• 執行用戶通過 atecit 或 no_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（）；

return 退出：return 是一種更常見的退出進程發的方法，執行 return n 等同於執行 exit(n)，因爲調用 main 函數的運行時函數會將 main 函數的返回值當作 exit 的參數；

進程等待

進程等待可以有效的避免出現程序出現殭屍進程！

wait 方法：

#include<sys/types>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int* status);
返回值：成功返回被等待進程的pid，失敗返回-1；
參數：輸出型參數，獲取子進程退出狀態，不關心則可以設爲NULL；

waitpid 方法：

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
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ID；
    如果設置了WNOHANG,而調用中waitpid發現沒有已退出的子進程可收集，則返回0；
    如果調用中出了錯，則返回-1，這時errno會被設置成相應的值以示錯誤所在；
參數：
    pid：
        pid=-1,等待任意一個子進程；
        pid>0,等待其進程ID與PID相等的子進程
    status:
        WIFEXITED:若爲正常中止子進程返回的轉來，則爲真；
        WEXITSTATUS:如果WIFEXITED非0，提取子進程推出碼；
    options:
        WNOHANG:若pid指定的子進程沒有結束，則waitpid()函數返回0，不予等待，若正常結束，返回子進程的ID

• 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，則立即返回報錯；

進程替換

用fork創建的子進程執行的時和父進程相同的程序（有可能是不同的代碼分支），子進程可以通過調用 exec 函數來執行另一個程序。當程序調用一種 exec 函數的時候，該進程的用戶空間和代碼完全被新程序替換，從新程序的啓動例程開始執行。調用exec 並不創建新的進程，所以調用 exec 函數後該進程的ID 並未改變。

#include<unistd.h>

int execl(const char* path,const char* arg……);
int execlp(const char* flie,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* const argv[]);
int execve(const char* path,char* const argv[],char* const envp[]);

這6個函數都以exec開頭，統稱爲exec函數；

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

#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 ，可以使用環境變量PATH，無需寫全路徑
    execlp("ps","ps","-ef",NULL);
    //帶 e ，需要自己組裝環境變量
    execle("ps","ps","-ef",NULL,envp);

    execv("/bin/ps",argv);
    //帶 p ，可以使用環境變量PATH，無需寫全路徑
    execvp("ps",argv);
    //帶 e ，需要自己組裝環境變量
    execve("/bin/ps",argv,envp);

    exit(0);

}

事實上，只有execve是真正的系統調用，其他五個函數最終都調用 execve。