进程创建与相关函数等知识点总结

1、进程基本概念：

进程：一个在内存中运行的程序，我们叫进程。

(1)、进程常见状态：

S：休眠状态Sleep（省资源）

s：表该进程有子进程

O：可运行状态

R：正在运行状态

Z：僵尸进程（僵尸状态），已经结束但资源没有完全回收

(2)、Linux中查看进程：

①ps：查看本终端启动的进程(一个shell一个ps)：



②ps -aux：Linux专用查看进程（ps -aux | more），UNIX不直接支持该方法（间接支持：/usr/ucb/ps -aux即可），因为UNIX下ps的PATH路径只包括/usr/bin/ps，它不支持ps -aux。但/usr/ucb/ps支持。而Linux下ps只有/usr/bin/ps一个路径。



图中STAT(状态)基本都是S(休眠状态)，并且init(pid=1)进程有子进程(s)

⑤ps -ef：Unix/Linux通用的查看进程方式（ps -ef | more）



明显ps -ef 比ps -aux的属性更少。

杀死进程：

kill -9 pid：杀死pid对应的进程(给pid进程发送信号9)。

(3)、父子进程的关系：

①在宏观上，父子进程同时运行（因为时间片很小）。

②如果子进程先结束，子进程会给父进程发送一个信号，由父进程回收子进程的相关资源。

③如果父进程先结束，会给自己的父进程福信号，但子进程不会被父进程回收资源。成为孤儿进程，init（pid=1）成为孤儿进程的父进程，init则负责回收孤儿进程运行完毕的资源。

④子进程先结束，同时发送信号但父进程没有收到，或者子进程根本就没有发送信号，（子进程在父进程结束以前结束了不会成为孤儿进程，但资源没被回收），子进程就变成了僵尸进程。

进程ID：

每个进程都有一个非负整型表示的唯一进程ID。ID唯一但可以重用，当一个进程正常终止后，其原占ID就可以再次使用（延迟重用）。

getuid获取实际用户id、geteuid获取有效用户id；

getgid获取实际组id、getegid获取有效id；

（对于实际编程来说，实际id不重要，有效id重要）

setuid、setgid则用来设置uid与组id。

2、fork()函数：

fork()通过复制自身（父进程）创建新进程（子进程）。并非完全复制，子进程会复制父进程代码区之外的内存区域（物理内存的数据&虚拟内存的地址），即和父进程共享代码区（因为代码区是只读的，所以可以共享）。而虚拟内存各占独立一套，内核也是共享的，但是父子进程都没有内核的操作权限(也就是说内核管理父子进程，父子进程PCB在内核中)，如图所示：



fork()之后父子进程同时运行，但谁先执行谁后执行在不同操作系统中的调度算法不尽相同（因为标准中没有规定），根据时间片等来判断。如果在fork()之后公共代码（都会执行的代码）中对文件加写锁，后执行的进程会加锁失败等问题。

fork()复制文件描述符：

在fork()之前打开的文件，其文件描述符会被复制，而fork()之后打开的文件，其文件描述符不会被复制，只是父子进程各自打开。复制文件描述符时，只复制描述符，不复制文件表，即两个进程共用一张文件表，一个偏移量，父子进程修改文件不会覆盖，只会追加。

fork()父子进程共享文件表项，如图所示：



其使用方法与注意事项可参考博客： 进程创建与fork()的恩怨情仇

3、退出进程的方法与exit()函数：

正常终止进程的五种方式：

①main中调用子进程运行完毕后加一个return

②执行exit(int status)函数，将status & 03777的结果返回给父进程。

③调用_exit(int status)或者_Exit(int status)函数

④进程的最后一个线程执行了返回语句

⑤进程的最后一线程调用pthread_exit()函数

非正常结束：

信号结束方式；

被其他进程取消最后一个线程。

_exit()、_Exit()、exit()的区别：

_exit()与_Exit()这俩函数功能一样，第一个是UC函数（unistd.h）第二个是标C函数(stdlib.h),调用之后立即结束。参数为整数类型，负数代表非正常退出。_Exit()与exit()函数都是标准C函数，他们的区别是：exit()并不是立即退出，在退出之前会调用某些函数，只要用atexit(参数是函数指针)注册，退出之前就会被调用（即使不调用exit()正常return也会先调用atexit()注册的函数，而_Exit()则不会）。_Exit()则是立即退出，不会做任何额外的事。如果不是特别紧要，一般都调用exit()即可，在UC编程中，调用_exit()也可以。

4、wait()与waitpid()函数：

父进程等待子进程结束后再执行退出的方法：（进程之间的调度）

函数wait()和waitpid()函数。

#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int * status);/*传出参数，传出子进程结束的状态*/
pid_t waitpid(pid_t idtype,id_t id,siginfo_t * infop,int options);

(1)、wait()函数：

wait()函数用于父进程等待子进程的结束，子进程一旦结束，父进程也立即结束，否则wait()一直等待处于阻塞状态。如果父进程有多个子进程，则等待任意一个结束就返回，返回结束的子进程id，传出参数（也是返回）为传出结束的子进程的状态和退出码。wait()也可以回收僵尸进程，因此可使用wait()防止僵尸进程产生。

宏函数：

WIFEXITED(status)：判断是否正常结束(正常结束返回真)；

WIFSIGNALED(status)：判断是否非正常结束(非正常结束返回真，接到一个不捕捉的信号)；

WTERMSIG(status)：获取使子进程非正常终止的信号编号；

WEXITSTATUS(status)：获取退出码（即exit的参数），后八位为有效（0~255）。

(2)、waitpid()函数：

pid_t waitpid(pid_t pid,int * status,int options);

/*waitpid可以完全代替wait；

waitpid(-1,&status,0); 等价于 wait(&status);*/

解析: wait只能等待第一个结束的便停止等待，而waitpid则可以指定（第一个参数pid）需要进行等待的子进程id；第二个参数与wait()相同。

参数：

①pid:

pid<-1：等待uid=|pid|进程组的子进程（负数代表的是进程组，取绝对值是其组id）；

pid==-1：等待任意子进程；

pid==0：等待和父进程同一进程组的子进程；

pid>0：等待的子进程id为参数pid（指定子进程，其它三种不指定特定pid的子进程）。

②statu:

功能和wait()是一样的

③options:

可取值为：WNOHANG(wait no hang),等待不挂起，没有子进程结束也直接结束，不会等待（父进程非阻塞意义不大）；一般options直接置零即可（置零为阻塞等待）。

返回值:

①成功（有子进程结束）返回结束的子进程pid；

②如果设置options为WNOHANG时没有子进程退出结束就返回0；

③失败返回-1。

5、vfork()与exec()系列函数：

（1）、vfork()函数：

pid_d vfork(void);/*just like fork()*/

与fork()的区别：

①vfork()不复制父进程任何的内存空间

②vfork()确保子进程优先执行

vfork()创建的子进程占用父进程的内存空间运行。父进程在此时是阻塞的。

vfork()要和exec系列函数联合使用采用意义：vfork()负责创建子进程，而exec系列函数负责提供新的程序被执行。当vfork()创建的子进程执行新的程序时，父进程的内存空间就会被返回给父进程，父进程不再阻塞，父子进程同时运行。

③vfork()在调用exit()或者exec()之前父进程处于阻塞，如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作，则会导致死锁。

经验：fork()创建的进程和父进程执行相同代码；当然fork()也可以与exec系列函数结合使用，但是我们不这样做（因为fork已经复制了与父进程独立的内存空间，不需要再exec画蛇添足、狗尾续貂了）

vfork()在有意的前提下，执行的代码与父进程无关，而是全新的代码；如果用vfork创建新的子进程与父进程执行相同的代码（选择的不同分支），还不如直接使用fork()。

（2）、exec系列函数：

#include <unistd.h>
extern char **environ;

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 *file, char *const argv[], char * const envp[]);

exec本身不是函数，exec系列函数不是新建一个进程（不改变pid），而使用新的代码区堆区栈区以及数据区等替换旧的内存区（新程序修改就程序）。我们以execl系列为重点：

/**掌握execl系列前两个即可，p表示path，e表示env**/

#incldue<unistd.h>
int execl(const char * path,const char *arg,...);
int execlp(const char * file,const char *arg,...);/*不需要加PATH路径*/

int execle(const char * path,const char *arg,...,char * const envp[]);

前两个用法:execl(” “, ” “, ” “, …, NULL);

第一个参数是可执行程序所在路径以及文件名（第二个函数可不加路径）

第二个参数是可执行程序文件名

后面的参数就是选项/参数

…

最后一个参数是NULL。以NULL为结束（必须），表示有效参数就NULL前几个。

这种形式是调用系统路径下的命令程序，如果需要调用自己写的代码程序，则一般不需要参数与选项，需要则按规则加上即可。

eg:execl("/bin/ls","ls","-la","/root",NULL);
/*调用系统程序，当然也可以调用自己写的程序*/

举例如下图所示(只测试execl()函数不加vfork())：

测试代码：



测试结果：



结果分析：



注意： exec系列函数会更换代码区（代码区跳转，但不会在跳转回来），所以在同一进程中，exec系列函数后面的任何内容都不会执行。故在exec之后不需要加exit()。并且在加exec系列函数之后父子进程便遵循fork()的运行规则。