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Linux环境下的进程创建、退出和进程等待

java 2025/5/5 9:22:31

目录

一、进程创建

1.fork函数

1）进程调用fork函数是如何创建子进程的

2）代码示范

2.写时拷贝

二、进程退出

1.退出码

1）什么是退出码？

2）为什么要有退出码？

3）退出码是怎么做到的？

4）echo $?：查看最近一个进程的退出码

2.进程的三种退出状态

1）又可分为能运行完和没运行完

2）exit( )和_exit( )的区别

三、进程等待

1.进程等待是什么

2.为什么要进程等待

3.父进程是怎么等待的

1）wait和waitpid

2）写入型参数status的使用方式

①终止信号

②退出状态

③status相关宏定义

3）使用示范

4）阻塞等待与非阻塞等待的区别

总结

一、进程创建

1.fork函数

在linux种fork函数的作用是：从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。

返回值：子进程中返回0，父进程返回子进程id，出错返回-1。

这里的pid_t 可以看成是对int的封装

1）进程调用fork函数是如何创建子进程的

①通过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，fork返回。

理解fork函数需要对进程的地址空间有着一定的理解，若对进程地址空间有疑惑的读者可以翻看笔者之前的“短”文，看最后的“进程地址空间详解”就可以了，这里给出链接：进程优先级介绍，详解环境变量，详解进程地址空间-CSDN博客

2）代码示范

这里利用fork对父子进程返回的id值的不同，使得父子进程运行不同得条件语句。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int main()
{pid_t id=fork();if(id<0){printf("创建子进程失败\n");exit(1);}else if(id>0){//父进程while(1){printf("我是父进程，我的id是：%d,我的父进程id是:%d\n",getpid(),getppid());sleep(1);}}else{//子进程while(2){printf("我是子进程，我的id是：%d,我的父进程id是:%d\n",getpid(),getppid());sleep(2);}}return 0;
}

运行结果试图：（可以通过CTRL+C终止进程）

2.写时拷贝

在通过fork函数创建子进程时，父进程将部分数据结构内容拷贝至子进程，此时在内存中，操作系统为节省内存，父子进程的页表指向的是其实是同一块物理地址，换句话说，此时父子代码共享，数据也是共享的。

而写时拷贝的概念是：若当父子进程中有一方要修改某个变量时，操作系统会临时将该变量拷贝一份放在另一块内存中，并修改该进程的页表指向临时拷贝出来的变量，以确保进程的独立性。

二、进程退出

1.退出码

1）什么是退出码？

退出码就是main函数的而返回值，其中包括return返回或者exit返回。

2）为什么要有退出码？

父进程会通过检查子进程的退出码从而确定子进程执行情况，然后再将子进程的资源释放——删除残留的task_struct(PCB)，以结束子进程的僵尸状态。

3）退出码是怎么做到的？

Linux环境下的退出码共有134种，可分为两种情况：

退出码方便计算机识别程序运行中出现的不同错误，但对人而言就不是很友好。

我们可以通过strerror（）函数将退出码翻译为解释语言：

#include<stdio.h>
#include<string.h>int main()
{for(int i=0;i<150;++i)printf("%d:%s\n",i,strerror(i));return 0;
}

读者若感兴趣可自我尝试，这里截取一些常见的退出码：

如上，共134种错误。

4）echo $?：查看最近一个进程的退出码

正如上述，在Linux种有一个变量“？”记录着最近一个进程的退出码。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>int main()
{exit(10);return 0;
}

值得注意的是如果连续两次使用echo $?指令，第二次打印出的总是0，有误echo也是个程序也有返回值。

2.进程的三种退出状态

1）又可分为能运行完和没运行完

2）exit( )和_exit( )的区别

除了通过return返回外，程序还可通过exit和_exit两个函数返回。

exit是“stdlib.h”中的函数，是基于_exit做的封装；

_exit是系统调用，在“unistd.h”中。

他们的作用都是“终止调用进程”，但执行起来有些微区别：

exit在结束进程时会刷新缓冲区，且会执行自定义的清理函数，而_exit不会。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#inlcude<unistd.h>int main()
{printf("hello Linux");//注意没有换行符exit(0);//_exit(0);return 0;
}

exit执行情况：

_exit执行情况：

三、进程等待

1.进程等待是什么

每个子进程在运行结束后都会有一段僵尸进程状态，而进程等待是父进程通过系统调用等待子进程的一种方式。

僵尸进程是指 已终止但未被父进程回收（reap）的进程。

2.为什么要进程等待

①释放子进程的僵尸状态；②获取子进程的运行状态

3.父进程是怎么等待的

1）wait和waitpid

waitpid参数解释：

pid——要等待（回收）的子进程；

*status写入型参数——将读取到的子进程状态写入status中；

options为等待方式，传0则是阻塞式等待，传入WNOHANG则是非阻塞等待（若有疑问的读者可直接跳转至“阻塞等待与非阻塞等待的区别”查看）

2）写入型参数status的使用方式

写入型参数，顾名思义就是系统会向这个形参中写入数据，通过写入的数据便可以判别进程的运行状态。

一般status创建为整型初始化为0，而系统写入的数据一般在status变量的低十六位。

解释：4字节的整形status由32位二进制组成，而系统写入的数据则在低16位，也就是2^0-2^15之间，而就这16位二进制包含了两份数据——从0位到7位的二进制表示终止信号；从8位到15的二进制表示退出状态。

①终止信号

还记得上面讲述的进程的三种退出状态吗？

二者三种状态又可分为两种情况：

①情况一：程序无异常，代码能跑完，无退出码；

②情况二：程序出现异常，中途退出，无退出码。

终止信号数据用于记录第二种情况——进程没跑完，中途出现异常的情况。

若进程代码顺利跑完，则终止信号默认为0（status初始化值就是0）

获取终止信号的方式：

（status & 0X7F）,0X7F是十六进制表示111 1111（其他全为0），&是位运算，（上下）同为1结果才是1。

Linux环境下的终止信号有个64个，可以通过kill -l指令查看：

②退出状态

status二进制的次八位，也就是退出码

获取退出状态（退出码）的方式：

（status>>8）& 0XFF，>>是位运算符，作用是将status的二进制右移动八位，前边补0.

Linux环境下的退出码有134种。

③status相关宏定义

若是觉得status中的两个数据使用过于麻烦，系统为我们提供了两个宏以便使用：

一个是WIFEXITED(status)，他的作用是检查进程是否运行完毕，有无异常。若进程正常退出则WIFEXITED(status)值为非零，否则为0.

另一个是WEXITSTATUS(status)，他的值是进程的退出码。

3）使用示范

值得注意的是waitpid的返回值就是等待进程的id

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>//exit
#include<sys/types.h>//waitpid
#include<sys/wait.h>//waitpid
#include<unistd.h>//forkint main()
{pid_t id=fork();if(id==0){//子进程int cnt=5;while(cnt--){printf("我的id:%d,父进程id:%d\n",getpid(),getppid());sleep(1);}exit(10);}//父进程int _status=0;int s_id=waitpid(id,&_status,0);printf("我的id:%d，子进程id:%d,sig number:%d,child exit code:%d",getpid(),s_id,(_status & 0X7F),(_status>>8&0XFF));sleep(1);return 0;
}