【LINUX】进程创建-进程等待-进程替换-进程终止 Linux

进程的基本流程

进程创建
- fork初识
- 写时拷贝
进程等待
- 进程等待必要性
- 进程等待的方法（wait和waitpid）
- - wait
  - waitpid
- 获取进程status
进程替换
- 进程替换原理
- 进程替换函数
- 进程替换函数命名理解
进程终止
- 进程常见退出方法
- exit退出和_exit退出
- retrun退出

进程创建 fork初识

在linux中fork函数时非常重要的函数，它从已存在进程中创建一个新进程。新进程为子进程，而原进程为父进程。

pid_t fork(void);

返回值：自进程中返回0，父进程返回子进程id，出错返回-1
下图是进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后

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1.分配新的内存块和内核数据结构给子进程
2.将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
3.添加子进程到系统进程列表当中
4.fork返回，开始调度器调度
并且父子进程拥有相同的二进制代码，相同的代码段，但是都具有各自的独立性（数据私有）。

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每一个进程都有属于自己的pid父进程通过pid来识别子进程，父进程的pid通过bash来识别。所以父进程的返回值是子进程的pid而子进程不需要去识别所以是0。
写时拷贝虽然父子进程都有相同的代码段但是数据都会私有一份，因为数据私有可以提高效率不至于每次拷贝的时候都需要拷贝全部的数据。
通过下面的图能很清晰的理解：

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父子进程都有各自的数据段通过页表来存储在物理内存上，当我们想修改子进程的数据是此时页表会通过虚拟地址分配另外的空间在物理内存上，此时就不需要动父进程的数据块，并且也不需要将所有程序拷贝到新的一块区域，只需要对修改的内容进行拷贝，这就是写时拷贝（省时间，省空间）。
进程等待进程等待必要性

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。
另外，进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，“杀人不眨眼”的kill -9 也无能为力，因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程。
最后，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和waitpid） wait

#include #include 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NULL
waitpid

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。

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如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退出信息。
如果在任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞。
如果不存在该子进程，则立即出错返回。
获取进程status

wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。
如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。
否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程。
status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待，具体细节如下图（只研究status低16比特位）

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因为正常退出进程的退出信息（低8位）都为0，所以当获取wait的值后如果正常退出就显示低八位的值也就是exit中所给的退出码。如果进程是被kill或者异常退出，他的低七位的数据就会被拿到显示出来，此时就可以通过查看退出码来寻找进程出错在哪了。
非阻塞：

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之前程序是阻塞的时候父进程为了监视子进程，会先看一眼没完成就一直等待子进程完成获取子进程的返回的pid。而非阻塞则是一直监视子进程例如每sleep一会就去查看一种是主动的查看一种是被动接收，非阻塞就会一直查看直到子进程给父进程pid，进程就会退出。
进程替换进程替换原理

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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进程替换函数

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[]）；

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。
进程替换函数命名理解

l(list) : 表示参数采用列表
v(vector) : 参数用数组
p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH
e(env) : 表示自己维护环境变量

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通过LINUX来实现：

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事实上,只有execve是真正的系统调用,其它五个函数最终都调用 execve,所以execve在man手册第2节,其它函数在man手册第3节。这些函数之间的关系如下图所示

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这里需要注意的是一旦替换成功exec往后的代码将不会再执行，在使用中一般不会亲自使用，通常都是fork出子进程通过子进程来调用exec来替换程序，父进程等待，当子进程有错误或者异常时，也不会对父进程造成影响，类似于shell。
进程终止进程常见退出方法

return返回
调用exit
_exit
正常终止（可以通过 echo $? 查看进程退出码）
异常退出 ctrl + c，信号终止.

exit退出和_exit退出

int main() { printf("hello"); exit(0); }

此时在获取退出码的时候就会得到exit退出所设定的值。
区别：

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exit是刷新后退出_exit是直接退出，这就是两者最明显的差别。
retrun退出 【【LINUX】进程创建-进程等待-进程替换-进程终止】return是一种更常见的退出进程方法。执行return n等同于执行exit(n),因为调用main的运行时函数会将main的返回值当做 exit的参数。