进程控制(上):进程创建，进程等待，进程终止

雨点打透心脏的1/2处 2022-07-11 06:57 422阅读 0赞

## 进程创建 ##

进程创建被定义为通过父进程创建子进程的过程。

### fork函数 ###

**函数原型**：pid\_t fork(void);

**特点**：  
1.fork函数调用一次，返回两次**两次返回值得区别分别是子进程当中的返回值为0，父进程当中的返回值为新建子进程的ID**（将ID返回给父进程的原因是没有函数可以使父进程得到子进程的ID,这样会便于管理）；  
2.子进程被创建出来后，子进程是父进程的**副本**（子进程获得父进程数据空间，堆，栈的**副本**<一定注意是副本>）；  
3.父进程和子进程只共享正文段（.text）；  
4.由于fork之后经常跟随者exec(程序加载函数),所以现在很多操作系统的实现并不执行一个父进程的副本，而是使用了**写时拷贝**（这些区域由父子进程所共享，而且内核将这些区域的访问权限设定为只读权限，如果父进程和子进程中的任意一个区域试图被修改，则内核会为修改区域产生一个副本）。  
5.fork之后父进程和子进程的执行顺序是随机的，取决于内核所使用的调度算法。  
6.关于文件共享，这部分内容和文件描述符有关大家可以看看下面这篇博客：[http://blog.csdn.net/bit\_clearoff/article/details/54565044][http_blog.csdn.net_bit_clearoff_article_details_54565044]  
7.父进程和子进程的区别：  
\- fork的返回值不同  
\- 进程ID，父进程ID不同  
\- 子进程不继承父进程设置的文件锁  
\- 子进程未处理的闹钟被清楚  
\- 子进程未处理的信号集，被设置为空集

### 函数vfork ###

vfork函数也是创建进程，但是与fork函数不相同的是：  
1.vfork创建一个新进程，而新进程的目的是exec一个新程序；  
2.vfork并不将父进程的地址空间完全复制到子进程中；  
3.子进程在调用exec函数或者exit函数之前，子进程在父进程的空间中运行；  
4.vfork函数保证子进程先运行，在它调用exec或exit函数之后父进程才会被恢复运行。

## 进程终止 ##

进程有五种正常终止方式和三种异常终止方式，他们分别是：  
**五种正常终止方式**  
1.在main函数内执行return 语句。它等效于调用exit;  
2.调用exit函数，exit函数由C库定义，其操作包含调用各种终止处理程序，关闭所有标准I/O流等。详细的大家可以看看下面这篇博客：  
[http://blog.csdn.net/bit\_clearoff/article/details/54425362][http_blog.csdn.net_bit_clearoff_article_details_54425362]  
3.调用\_exit函数,exit函数和\_exit函数的不用地方就是它为进程提供了一种**无需终止运行终止处理程序或信号处理程序而终止的办法**。  
4.进程的最后一个线程在其**启动例程**中执行**return**语句.(这个现在大家先了解即可，关于线程的知识后面会详细分析)  
5.进程的最后一个线程调用pthread\_exit函数。

**三种异常终止方式**  
1.调用absort。  
2.当进程接收到某些信号时。  
3.最后一个线程对“取消请求作出响应”。

不管进程以上面的何种方式进行终止，都会执行内核中的同一段代码，这段代码为相应的进程关闭所有打开的描述符，释放进程所拥有的地址空间。  
另外，对任意一种终止情形，父进程都希望得到所终止的子进程的相关退出信息，对于三个终止函数，都采用了输出型参数status得到子进程的退出状态和信息；在异常情况中，内核产生一个指示其异常终止原因的终止状态，另外，父进程可以用wait函数和waitpid函数取得子进程的终止状态。

上面提到的都是子进程先被终止，然后父进程回收子进程的相关状态，这时被终止的子进程被称为**僵死进程**（注意父进程此时还没有被终止）；  
![这里写图片描述][SouthEast]  
但是如果父进程在子进程被终止前先被终止，此时我们称子进程为**孤儿进程**，这时子进程的父进程会变成ID号为1的init进程，这时孤儿进程的领养机制，我们来看相关代码：  
![这里写图片描述][SouthEast 1]

## 进程等待 ##

关于进程等待我们首先应该想到这两个函数，wait和waitpid函数都是用来提供给父进程检测子进程的状态的，但两种函数也是有区别的，我们先来看看wait函数：

### wait函数 ###

1.**函数原型**：pid\_t wait(int\* status);  
其中，status参数是前面提到的父进程用来监测子进程退出状态的输出型参数，我们将会在下面进项讲解；另外wait函数的返回值为pid\_t ,可想而知，它返回的是一个进程标识符；

2.**调用wait函数时会发生什么？**  
\- 如果有子进程再运行，那么当前父进程就处于阻塞状态（可以理解为什么事情都没有做，一直在检测子进程是否在运行）；  
\- 如果子进程都已经终止，那么wait可立即获得子进程的终止状态（退出码，退出信息），子进程的终止状态是体现在status参数上的，另外wait还会返回所终止的子进程的标识符;  
\- 如果当前进程没有任何子进程，那么wait会立即出错返回(此时返回值为-1);  
\- 如果有一个子进程终止，那么wait便返回;

![这里写图片描述][SouthEast 2]

下面我们来了解一下waitpid函数：

### waitpid函数 ###

1.**函数原型**:pid \_t waitpid(pid\_t pid,int \*status,int options);  
参数解释  
**pid**为监测子进程的标识符；  
**status**:子进程的终止状态信息，如果不是空指针，则终止进程的终止信息就存放在它所指向的单元内，不关心终止状态可以将status制成NULL;  
**options**:指定参数，默认情况下waitpid与wait做的事情都是一样的，为阻塞式监测子进程终止状态；当options=WNOHANG时，此时为非阻塞方式，就是监测时如果子进程没有终止，调用者可以做其他事情，另外还有两个参数分别为WCONTINUED和WUNTRACED，这两个参数是跟作业控制有关的，我们在那部分是在介绍。  
**return val**:返回值与wait函数相同

2.**与wait函数的不同点**：

*  在一个子进程终止前，wait使调用者阻塞，而waitpid有一个选项可以使调用者不发生阻塞；
 *  waitpid并不等待在其调用之后的第一个终止子进程，它有若干选项，并可以控制子进程
 *  waitpid可以等待一个特定的进程，通过pid参数进行设定；

3.**status的构成**：我们现在不关心status参数的高16位，在低十六位中，次低8位反应了子进程终止时的退出码，低8位反应了子进程发生异常终止时的返回状态。

下面我们就来写段代码分析一下waitpid和status：

用信号杀死子进程（子进程不正常返回的情况）  
![这里写图片描述][SouthEast 3]

子进程正常返回（有结束码）  
![这里写图片描述][SouthEast 4]

4.**检查wait和waitpid所返回的终止状态的宏**  
在上面我们是通过移位操作来获取到子进程返回的终止状态信息status，其实，Linux还为用户提供了四种宏定义，用来检查子进程所返回的终止状态。  
**WIFEXITED(status)**：表示若为正常终止子进程返回的状态，则为真；即该宏定义拿到status的低8位，如果低8位为0则表示子进程正常返回，如果低八位不为0则表示子进程异常返回；  
**WEXITSTATUS(status)**:这个宏相当于读取子进程的退出码，如果WIFEXITED(status)不为真，则这个宏的返回值将毫无意义；  
**WIFSIGNALED(status)**:这个宏表示若为异常终止子进程的返回状态，则返回真并接收到一个不捕捉的信号，他可以和**WTERMSIG(status)**结合使用，后者为获取子进程的终止的信号编号。  
**WIFSTOPPED(status)**:这个宏是用来判断若当前子进程的返回状态为暂停状态，则为真。对于这种情况，可以结合**WSTOPSIG(status)**,获取使子进程暂停的信号编号，这个宏的用法和上面的很相似；  
**WIFCONTINUED(status)**:这个宏常用在作业控制暂停后已经继续的子进程返回了状态，则为真，现在我们先不讨论这个宏的使用；

我写段代码来使用一下前两个宏定义，大家可以试着使用下其他宏：

int id=fork();
        int count=10;
        if(id==0)
        {
            //child proc
            while(count--)
            {
                sleep(1);
                printf("CHild proc.id:: %d\n",getpid());
            }
            exit(11);
        }
        else{
            //father proc
            int status=0;
            int ret=waitpid(id,&status,0);    //option = 0
            if(ret>0){
                if(WIFEXITED(status))
                {
                    printf("child proc return normal,exit code:%d\n",\
                            WEXITSTATUS(status));
                    printf("Child proc dead success,ret=%d,status=%d\n",\
                        (status>>8)&0xff,(status&0xff));
                }
                else{
                    //retuen val is false
                    printf("child proc return unnormal\n");
                    if(WIFSIGNALED(status))
                    {
                      printf("child proc is killed by signal,signal code is %d\n",WTERMSIG(status));
                    }
                    else{
                        printf("child proc is not killed bu signal\n");
                    }
                }
            }
            else{
                printf("Child proc dead false,ret=%d\n",ret);
            }
            printf("Status::%d\n",status);
        }

5.**关于waitpid的pid参数问题**  
**pid==-1**:表示等待任意子进程，相当于wait函数;  
**pid>0**:表示等待进程ID与pid相等的进程；  
**pid==0**:表示等在进程组ID等于调用进程组ID的任一子进程；  
**pid<-1**:表示等待组ID等于pid绝对值的任一子进程；

6.**关于waitpid函数的option参数问题**  
option参数可以使我们能进一步控制waitpid的操作，下面我们就来看一看:  
**option==0**:表示执行waitpid函数的默认版本，将会导致调用者阻塞；  
**option==WNOHANG**:表示由pid指定的子进程并不是立即能够返回的，可以使waitpid函数为非阻塞状态，此时如果没有子进程ID返回，那么这个函数的返回值为0;

下面我们来看看waitpid函数怎样实现非阻塞检测子进程功能：  
代码如下：

int id=fork();
        int count=10;
        if(id==0){
            //child proc
            while(count--){
                printf("I am child proc,ID:%d\n",getpid());
                sleep(1);
            }
            exit(9);        //exit code 
        }
        else{
            // father proc
            int status=0;
            int ret=0;
            do{
                printf("Do other thing and check child proc status\n");
                sleep(1);
            }while((ret=waitpid(id,&status,WNOHANG))==0);
            if(ret>0){
                printf("child proc dead\n");
                if(WIFEXITED(status)){
                    printf("child proc dead normal.exit code:%d\n"\
                            ,WEXITSTATUS(status));
                }
                else{
                    if(WIFSIGNALED(status)){
                        printf("child proc is killed by signal,signal code is \
                                %d\n",WTERMSIG(status));
                    }
                    else{
                        printf("child proc is killed by other things\n");
                    }
                }
            }
    
        }

## 总结 ##

这一篇我们提到了进程创建，进程等待，进程终止等进程控制方面的内容，关于进程控制，大家可以去看看《UNIX环境高级编程中的第八章》.另外，在进程控制中，我们如果没有特殊需要，尽量不要使用vfork函数，因为vfork函数和fork函数与父进程共用一块地址空间，如果子进程没有调用exit或者加载程序的话，另外在提取子进程的终止状态时，我们应该尽量使用宏来代替移位操作。

[http_blog.csdn.net_bit_clearoff_article_details_54565044]: http://blog.csdn.net/bit_clearoff/article/details/54565044%20%E6%96%87%E4%BB%B6%E6%8F%8F%E8%BF%B0%E7%AC%A6
[http_blog.csdn.net_bit_clearoff_article_details_54425362]: http://blog.csdn.net/bit_clearoff/article/details/54425362%20exit%E5%92%8C_exit
[SouthEast]: /images/20220711/598a0d6ca6e14d0ba6ad276616cc9025.png
[SouthEast 1]: /images/20220711/2436b1edb94e40ee9a5576493523d63b.png
[SouthEast 2]: /images/20220711/4018a0e88c904e5ab7a3957c7a6a8db3.png
[SouthEast 3]: /images/20220711/fde498419120440bb2f9503b6bebec7a.png
[SouthEast 4]: /images/20220711/39c7c4ccf7e443f1b08be7dd76d5681f.png