1.进程创建
fork()函数为什么要给子进程返回0，给父进程返回子进程的pid
父子进程立场：父进程不需要标识，子进程需要标识，因为父进程可以有多个子进程，而子进程只有一个父进程。子进程是要执行任务的，父进程需要通过子进程的pid来区分子进程，而子进程不需要
如何理解fork有两个返回值？
在fork()还没有return pid的时候，子进程就已经创建好了，return pid被执行了两次。
进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做:
- 分配新的内存块和内核数据结构给子进程
- 将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
- 添加子进程到系统进程列表当中(也就是fork()还没有返回子进程就已经被创建出来了)
- fork返回，开始调度器调度
fork之前父进程独立执行，fork之后，父子两个执行流分别执行。注意，fork之后，谁先执行完全由调度器决定。
写时拷贝
? 通常，父子代码共享，父子不在写入时，数据也是共享的。当任意一方试图写入，便以写时拷贝的方式各自一份副本。这里所说的共享，是指父子进程对应的页表指向的是同一块物理内存。
为什么要写实拷贝呢？
-
进程具有独立性
-
那么为什么不在创建子进程的时候就分开呢？
因为子进程未必使用父进程的所有数据，直接将父进程的数据给子进程拷贝一份，而子进程又不用，这岂不是资源浪费。所以，在子进程需要修改数据的时候，再进行写时拷贝。这叫做按需分配。另外，写实拷贝也做到了延时分配，要知道，一个子进程创建出来未必要立刻调度，等进程调度的时候在把空间给他即可，可以高效使用任何内存空间
2.进程终止
进程退出的场景有如下三种：
- 代码运行完毕，结果正确
- 代码运行完毕，结果不正确
- 代码异常终止
为什么main函数要有返回值，返回值给了谁？
- 当你运行程序形成进程的时候，你是想让该进程完成某种任务，并且你需要知道任务完成的结果。main函数的返回值是进程退出码。0代表成功。!0代表失败，这是人为定义的。这个返回值是给操作系统。我们通过进程退出码来判断任务的完成情况。
我们可以使用echo $? 指令打印出最近一次进程退出时的退出码
如果退出码不是0，那么失败的原因有多种。每一种退出码都有对应的字符串含义，帮助用户确认，任务失败的原因。下面我们利用下面代码测试一下Linux下不同退出码代表的含义
#include <stdio.h>
2 #include <string.h>
3 int main()
4 {
5 int i = 0;
6 for(i = 0;i < 150; i++)
7 {
8 printf("%d: %s\n", i, strerror(i));
9 }
10 return 0;
11 }
运行结果如下，共134条错误码
进程退出的常见方法：
-
从main返回
只有main函数中的return代表进程退出
-
调用exit
-
_exit
对于exit和_exit,在代码的任何地方，调用exit都代表进程退出！他们的差别是，exit会释放进程曾经占用的资源，比如缓冲区。而_exit直接终止进程，不会做任何的收尾工作！
为了更好地了解这一点，我们来用下面这段代码测试一下
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> int main() { printf("hello world"); sleep(3); // exit(0); _exit(0); return 0; }这段代码如果使用exit，在进程终止之后会将缓冲区中的hello world打印到屏幕上，而_exit不会
进程如果是异常退出了，那么退出码将没有任何意义。
进程终止了，操作系统做了什么呢？
- 释放曾经申请的数据结构，释放曾经申请的内存，从各种队列等数据结构中移除
3.进程等待
-
进程等待通常是由父进程完成！为什么要有进程等待呢？原因如下：
- 子进程退出，父进程如果不管不顾，就可能造成‘僵尸进程’的问题，进而造成内存泄漏。
- 父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道。如，子进程运行完成，结果对还是不对，或者是否正常退出。
- 父进程通过进程等待的方式，回收子进程资源，获取子进程退出信息
进程等待的方法
-
wait方法
#include<sys/types.h> #include<sys/wait.h> pid_t wait(int*status); 返回值： 成功返回被等待进程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为NULL1 #include <stdio.h> 2 #include <string.h> 3 #include <unistd.h> 4 #include <stdlib.h> 5 #include <sys/types.h> 6 #include <sys/wait.h> 7 8 int main() 9 { 10 pid_t id = fork(); 11 if(id == 0) 12 { 13 //child 14 int count = 0; 15 while(count < 10) 16 { 17 printf("I am child, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid()); 18 count++; 19 sleep(1); 20 } 21 exit(0); 22 } 23 else 24 { 25 //father 26 printf("I am father, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid()); 27 pid_t ret = wait(NULL); 28 if(ret >= 0) 29 { 30 printf("wait child success! %d\n", ret); 31 } 32 printf("father runing...\n"); 33 sleep(10); 34 } 35 return 0; 36 }子进程运行期间，父进程wait的时候，父进程就是在单纯的等子进程退出——阻塞等待
关于阻塞和非阻塞：
? 阻塞就是单纯的一直等，非阻塞也是等，不过不会因为条件不满足而卡住。
父子进程谁先运行不确定，但是wait之后，大部分都是子进程先退出，父进程读取子进程退出信息，父进程才退出
进程等待成功，不意味着子进程运行成功。想要知道子进程是否运行成功，需要看子进程的退出码
-
waitpid方法
pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); 返回值： 当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的进程ID； 如果设置了选项WNOHANG,而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集,则返回0； 如果调用中出错,则返回-1,这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在； 参数： pid： Pid=-1,等待任一个子进程。与wait等效。 Pid>0.等待其进程ID与pid相等的子进程。 status: WIFEXITED(status): 若为正常终止子进程返回的状态，则为真。（查看进程是否是正常退出） WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码） options: WNOHANG: 若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回该子进 程的ID。status
-
是一个整数，我们只关注该整数的低16位
进程异常的时候，本质是进程运行的时候出现了某种错误，导致进程收到信号
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4.进程程序替换
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替换原理
用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支),子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换,从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程,所以调用exec前后该进程的id并未改变。
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六种exec开头的替换函数
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 *const argv[]); int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);l – list v – vector p:有p自己动搜索环境变量PATH e：表示自己维护环境变量
- 这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回。
- 如果调用出错则返回-1
- 所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。
下面这段代码是对前5个函数的测试
其实前五个函数的底层都是第六个函数
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <stdlib.h> int main() { pid_t id = fork(); if(id == 0) { printf("I am a process\n"); sleep(2); // execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-i", "-l", NULL); // execlp("ls", "ls", "-a", "-i", "-l", NULL); // char* myargv[] = { // "ls", // "-a", // "-i", // "-l", // NULL // }; execv("/usr/bin/ls", myargv); // execvp("ls", myargv); char* myenv[] = { "MYENV=HAHAHA", NULL }; execle("./mycmd", "mycmd", NULL, myenv); exit(11); } int status = 0; pid_t ret = waitpid(id, &status, 0); if(ret > 0) { printf("wait success\n"); printf("signal: %d\n", status & 0x7F); printf("exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status)); } return 0; }
5.简易shell
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define LEN 1024
#define NUM 32
int main()
{
char* myarg[NUM];
char cmd[LEN];
while(1)
{
printf("[ls@VM-20-7-centos shell]$ ");
fgets(cmd, LEN, stdin);
//把字符串拆开 得到一个一个的子串
cmd[strlen(cmd)-1] = '\0';
myarg[0] = strtok(cmd, " ");
int i = 1;
while(myarg[i] = strtok(NULL, " "))
{
i++;
}
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//child
execvp(myarg[0], myarg);
exit(11);
}
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);
if(ret > 0)
{
printf("exit code: %d\n", WEXITSTATUS(status));
}
}
return 0;
}