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Linux中进程控制（上）

news 来源：原创 2025/7/5 19:19:38

进程创建

写时拷贝

fork常用场景

fork调用失败的原因

进程终止

进程退出场景

退出码

_exit函数

exit函数

进程等待

进程等待必要性

进程等待方法

wait方法

编辑

waitpid方法

获取⼦进程status

阻塞和非阻塞等待

进程创建

在linux中fork函数是⾮常重要的函数，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。

进程调⽤fork，创建子进程，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⻉⾄⼦进程。
添加⼦进程到系统进程列表当中。
fork返回，开始调度器调度。

fork之前，父进程独立执行，fork之后，父子进程分别执行后续代码，也就是说代码是共享的。

而谁先执行完，由调度器决定。

fork的返回值：子进程返回0，父进程返回子进程的pid。

写时拷贝

通常，⽗⼦代码共享，⽗⼦再不写⼊时，数据也是共享的，当任意⼀⽅试图写⼊，便以写时拷⻉的⽅式各⾃⼀份副本。

因为有写时拷⻉技术的存在,所以⽗⼦进程得以彻底分离离！完成了进程独⽴性的技术保证! 写时拷⻉,是⼀种延时申请技术,可以提⾼整机内存的使⽤率。

fork常用场景

⼀个⽗进程希望复制⾃⼰，使⽗⼦进程同时执⾏不同的代码段。例如，⽗进程等待客⼾端请求，⽣成⼦进程来处理请求。
⼀个进程要执⾏⼀个不同的程序。例如⼦进程从fork返回后，调⽤exec函数。

fork调用失败的原因

系统中有太多的进程
实际⽤⼾的进程数超过了限制

进程终止

进程终⽌的本质是释放系统资源，就是释放进程申请的相关内核数据结构和对应的数据和代码。

进程退出场景

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

有这三种场景，我们在平常肯定需要去查看我们进程运行结束的结果。

所以有了进程退出码，我们可以查看某个进程结束之后的退出码，即可查看进程是否运行符合预期。但是一旦异常了，退出码就没有意义！

进程结束了，会将自己的退出码存在task_struct中,最终这个退出码会返回给父进程，我们之前说过，父进程要知道子进程的退出信息！而退出码实际上都代表着子进程的退出结束信息。

退出码

退出码（退出状态）可以告诉我们最后⼀次执⾏的命令的状态。在命令结束以后，我们可以知道命令是成功完成的还是以错误结束的。其基本思想是，程序返回退出代码 0 时表⽰执⾏成功，没有问题。代码 1 或 0 以外的任何代码都被视为不成功。

大小一个字节。

Linux Shell 中的主要退出码：

退出码 0 表⽰命令执⾏⽆误，这是完成命令的理想状态。
退出码 1 我们也可以将其解释为“不被允许的操作”。例如在没有sudo权限的情况下使⽤ yum；再例如除以 0 等操作也会返回错误码 1 ，对应的命令为 a=1/0
130 （ SIGINT 或 ^C ）和 143等终⽌信号是⾮常典型的，它们属于128+n 信号，其中 n 代表终⽌码。
可以使⽤strerror函数来获取退出码对应的描述。

我们需要理解一些：

main函数结束，进程结束，而其他函数结束，只是代表函数调用结束，然后返回main函数。

而一旦代码异常（直接退出），退出码也就无意义了。

我们尝试打印一下退出码信息：

我们可以看到0代表成功，这也就是为什么我们每次main函数结尾都要写上return 0的原因！

当进程结束我们可以查看它的退出码：

echo $? 这个命令它会打印最进的那个进程的退出码。

_exit函数

说明：虽然status是int，但是仅有低8位可以被⽗进程所⽤。所以_exit(-1)时，在终端执⾏$?发现返回值是255。

注意：这是一个系统调用。

在这里的作用相当于return 0，但其实这两者的区别还是有的。

return是⼀种更常⻅的退出进程⽅法。执⾏returnn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。

我们看到只打印了x字符串，却没打印y字符串，进程就直接退出了，这里也就显现了和return 的区别，不管任何地方使用了_exit函数，就代表进程结束，不会执行后续代码！

exit函数

图：

我们看到_exit和exit相同的结果，但其实还是有区别的：

我们之前也说过，当printf中没带\n时，缓冲区不会刷新，也就不会打印出来，只有进程结束才能看到打印情况，现在看这两种情况，我们可以得出：

区别：

按理来说只有OS能决定进程退出与否，而库函数却能退出函数为什么？

_exit是系统提供的，也就是说是系统调用，exit是C语言提供的，但它的底层调用了_exit函数，也就是说封装了系统调用。

所以我们可以得出我们谈论的缓冲区是在哪里呢？

它一定不在OS内部，而是库缓冲区，是C语言提供的缓冲区！

后续再仔细讲解缓冲区。

exit最后也会调⽤_exit,但在调⽤_exit之前，还做了其他⼯作：

执⾏⽤⼾通过atexit或on_exit定义的清理函数。
关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写⼊
调⽤_exit

进程等待

进程等待必要性

之前讲过，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

进程等待方法

wait方法

用法：

status是输出型参数，当我们需要得到子进程的退出码信息时，就可以传参进去，如果不关心子进程退出状态，可以设置成NULL.

waitpid方法

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。

现在一步一步讲解这个函数。

参数pid ，我们可以将需要等待的某个子进程的pid传进去，表示等待这个子进程，传 -1 表示等待任意一个子进程，和wait等效。

参数status用法和wait函数一样。

参数 option 表示等待类型，阻塞等待和非阻塞等待的区别。

获取⼦进程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(32位比特位)，这也就是为什么上面程序要调用WEXISTATUS函数才能获得真正的子进程的退出状态信息。

如果我们需要拿到status的退出码信息，我们需要进行位运算或者调用函数获得！

如：

需要得到子进程退出码，我们就要得到status那8个比特位表示的整数值，（按照上图）所以先右移动8位，再按位与上0xFF（8个比特位都是1，换算成16进制就是0xFF），这样就能得到子进程退出码！

当然也可以调用函数拿到子进程退出码。

异常例子：

注意：

如果子进程没有异常退出，低7个比特位，为0，一旦低7个比特位不为0，就是进程异常退出（代码没跑完，所以退出码无意义）。

阻塞和非阻塞等待

wait是默认阻塞等待，而waitpid可以利用传options参数来选择阻塞等待还是非阻塞等待。

区别：

阻塞等待就是父进程会阻塞在wait调用处，一直等待子进程退出，就像scanf一样，命令行一直阻塞在scanf这里。而非阻塞等待是父进程等待子进程的过程中，依然可以做自己的事情，也就是父子并发，非阻塞调用往往效率高一点！

例子：

1.调用waitpid时，非阻塞等待返回值和阻塞等待的返回值不同，非阻塞等待时，waitpid返回值大于0时，等待结束（返回值是子进程pid）,返回值等于0，调用结束，但子进程没有退出，返回值小于0时，等待失败。

2.同时传options参数（WNOHANG）,表示非阻塞等待，在等待期间，根据waitpid的返回值就可以获取每一时刻子进程的执行情况！所以注定父进程需要是个循环完成！

3.从返回值就能看出，阻塞等待是，waitpid返回值大于0（返回子进程pid），就意味着等待成功，子进程已经执行完毕（异常除外，异常也是返回子进程pid，当然也大于0，但是子进程不一定执行完毕），小于0，代表等待失败。

结果：

发现父子进程一起执行！

好了，我们下期见！

进程创建

写时拷贝

fork常用场景

fork调用失败的原因

进程终止

进程退出场景

退出码

_exit函数

exit函数

进程等待

进程等待必要性

进程等待方法

wait方法

waitpid方法

获取⼦进程status

阻塞和非阻塞等待

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