Linux-进程控制

Linux系统
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2024-12-17
进程间通信（27000字超详解）
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前言：

进程控制不仅仅是管理程序的执行顺序，还涉及到资源的分配等问题，那么话不多说，开始我们今天的话题！

🚀进程退出函数
✈️exit函数

上次我们说到，进程退出时，都会返回一个退出码，用来表示进程退出的状态，而在更前面，我们曾经说过exit函数用来退出进程：

  #include<stdio.h>
  #include<stdlib.h>
  #include<unistd.h>
  
  int main()
  {
      while(1)
      {
          printf("I'm a process, pid=%d\n", getpid());
          sleep(1);
  
          exit(3);
      }
      return 0;
 }

进程退出函数exit，函数参数可作为进程退出状态：

eixt：退出进程 status：进程退出状态退出码。

✈️_exit函数

这是man手册里的_exit()，我们通过下面这段代码测试一下他们功能有何异同：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

void Print()
{
    printf("hello Print\n");
    _exit(4);
}

int main()
{
    while(1)
    {
        printf("I am a process: %d\n", getpid());
        sleep(1);
        Print(1);
        //exit(3);放出另外一个_exit，反之则放出exit关闭_exit
    }
    return 0;
}

这是注释掉了exit()，调用Print函数的_exit()的结果。

这是注释掉Print函数内的_exit，使用exit()函数返回的结果。

从此看来我们并没有发现什么不同之处，返回的错误码也没问题。他们的区别可以通过一下代码分析：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
    printf("hello guy\n");
    sleep(1);

    exit(1);
    return 0;
}

exit函数返回的结果符合我们的预期，如果把打印的\n删除：

也没什么问题，但是如果换成_exit函数：

从这里可以看到，当_exit函数遇到像printf打印却没有换行符的时候，就不能正确打印出自己想要的数据。

区别： exit是用来终止进程的，exit(退出码)，在我们进程的任何地方调用exit() 都表示进程退出，而_exit与exit的区别就是，exit() 会刷新缓冲区(以后会详谈)。

实际上，_exit()函数是Linux下的一种系统调用，为什么要存在exit() 和 _exit() 两个不同的接口呢？exit() 函数是语言层面的封装，使用这种封装的好处就是语言具有 跨平台、可移植性。

不同系统、平台可能给你提供的系统调用不相同，但是在语言层的封装却都是相同的，所以 C语言具有可移植性、跨平台性。

🚀进程等待

我们之前说过，如果一个进程变僵尸那么使用kill -9也无能为力，造成僵尸的原因就是子进程退出了，父进程并没有将资源回收所导致的，所以系统提供了一些系统调用，通过父进程等待的方式获取子进程退出信息。

✈️wait接口

在Linux中，为了防止进程变僵尸，系统系统了这样一个接口 wait()：

wait接口是用来回收子进程资源的一个接口，我们看到wait接口的参数是一个指针，这其实是一个 输出型参数 ，我们现将其设置为 NULL。

接口功能：

默认会进行阻塞等待，等待任意一个子进程。返回值：>0时，等待成功，等待的子进程pid。<0时， 等待失败

我们通过代码来认识一下它的功能：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> 
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child
        int cnt = 5;
        while(cnt)
        {
            printf("child is running, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);
            cnt--;
        }
        printf("child prepare for exit, will be ZM!\n");
        exit(0);
    }
    printf("father is sleep...\n");
    sleep(10);
    printf("father start recycle\n");
    //father
    pid_t rid = wait(NULL);
    if(rid > 0)
    {
        printf("wait sucess, rid: %d\n", rid);
    }
    printf("father get source sucess!\n");
    sleep(3);

    return 0;
}

图中画的红色框框表示僵尸了一段时间，而当父进程开始回收之后，子进程的僵尸状态就没有了。

由此我们可以间接得出，fork之后，父进程一定要最后退出！

✈️waitpid接口

Linux也提供了wait方式来获取子进程退出信息的接口 waitpid()：

其中waitpid返回值与wait的返回值含义相同，第一个参数的pid有很多种表示方法，但是常见的表示有这两种：

pid参数意义：

pid = -1，等待任意子进程，与wait等效。pid>0，等待其进程id与pid相等的子进程。

status同样是一个输出型参数。options有两种传值，一种是0，一种是非阻塞，我们目前将其设置为0表示阻塞状态。

通过下面代码感受getpid()：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> 
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child
        int cnt = 5;
        while(cnt)
        {
            printf("child is running, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);
            cnt--;
        }
        exit(1);
    }
    //father
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);//阻塞等待
    if(rid > 0)
    {
        printf("wait sucess, rid: %d  status: %d\n", rid, status);//查看rid和status
    }

    return 0;
}

我们给status的初始值为0，但是这里却变成了256。这里的status并不是指单纯的整数，与进程的 退出码 和 退出信号 有关，而其存储形式类似于位图的存储：

在这里插入图片描述

我们只看比特位的后十六位：

中间有一个名为core dump的比特位我们在信号部分在详谈。

所以我们status为什么是256其实就很简单了：

0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0000 转换为10进制就是2的8次方也就是256。
✈️导出错误码

上面说了status的最后16位比特位有效，并且这十六位由退出码和信号编号所组成，所以我们可以使用位运算的方式将退出码和退出信号提取出来：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> 
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child
        int cnt = 50;
        while(cnt)
        {
            printf("child is running, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            cnt--;
            sleep(1);
        }
        exit(0);
    }
    //father
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
    if(rid > 0)
    {
      //status & 0x7F: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111
        printf("wait sucess, rid: %d  status: %d  exit signo%d  exit code: %d\n", rid, status, status&0x7F, (status>>8)&0xFF);
    }

    return 0;
}
将status按位与上 0x7F就可提取出退出信号，因为只有后七位有效。将status右移8位再按位与上0xFF即可提取退出码。

使用了kill -9得出的退出信号就是9，进程被杀死退出码为0。如果在代码中出现了逻辑错误，比如除零错误：

还有类似空指针等情况，有兴趣可以自己尝试，这里就不在试了。

实际上，Linux给我们提供了两个常见的宏定义：

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）

有了这些宏，我们就不用那么麻烦直接使用位操作了，我们可以直接使用对应的宏：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> 
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child
        int cnt = 5;
        while(cnt)
        {
            printf("child is running, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            cnt--;
            sleep(1);
        }
        exit(123);
    }
    //father
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
    if(rid > 0)
    {
      //status & 0x7F: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0111 1111
       // printf("wait sucess, rid: %d  status: %d  exit signo%d  exit code: %d\n", rid, status, status&0x7F, (status>>8)&0xFF);
        if(WIFEXITED(status))//使用宏定义
        { 
            printf("wait sucess, rid: %d  status: %d  exit code: %d\n", rid, status, WEXITSTATUS(status));
        }
        else 
        {
            printf("child process error!\n");
        }
    }

    return 0;
}

源码中的status：

✈️阻塞与非阻塞

我们前面代码所采用的等待方式均为阻塞等待，即在回收子进程的资源之前，父进程什么事情可不干，可以用grep 查询：

ps ajx | grep -i mybin#查询当前进程状态

既然有阻塞，也必然有非阻塞：

表1 阻塞与非阻塞区别


阻塞

非阻塞

方式

当waitpid函数以阻塞模式调用时，父进程等待子进程退出，这期间父进程不做任何事情

当waitpid函数以非阻塞调用时，父进程以轮询的方式每段时间检测子进程是否退出，没退出就返回做父进程的事情

参数

0

WNOHANG

我们以下面这段代码来理解非阻塞：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> 
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child
        int cnt = 5;
        while(cnt)
        {
            printf("child is running, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            cnt--;
            sleep(1);
        }
        exit(123);
    }
    //father
    int status = 0;
    while(1)
    {
        pid_t rid = waitpid(id, &status, WNOHANG);//非阻塞调用
        if(rid > 0)
        {
            printf("wait sucess, rid: %d, status: %d, exit code: %d\n", rid, status, WEXITSTATUS(status));
            break; 
        }
        else if(rid == 0)
        {
            printf("father say: child is running, do other things\n");
        }
        else 
        {
            perror("waitpid");
            break;
        }
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

父进程在等待子进程资源回收的时候自己也在不断地执行，最后也可以成功回收子进程。

为了更直观看到现象，我们不妨模拟进程等待的环境：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h> 
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>

#define NUM 5

typedef void(*fun_t)();
fun_t tasks[NUM];

void printLog()
{
    printf("this is a log print task\n");
}

void printNet()
{
    printf("this is  a net\n");
}

void printNPC()
{
    printf("this is a flush NPC\n");
}

void initTask()
{
    tasks[0] = printLog;
    tasks[1] = printNet;
    tasks[2] = printNPC;
    tasks[3] = NULL;
}

void executeTask()
{
    for(int i = 0; tasks[i]; ++i) tasks[i]();

}

int main()
{
    initTask();
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child
        int cnt = 5;
        while(cnt)
        {
            printf("child is running, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            cnt--;
            sleep(1);
        }
        exit(123);
    }
    //father
    int status = 0;
    while(1)
    {
        pid_t rid = waitpid(id, &status, WNOHANG);
        if(rid > 0)
        {
            printf("wait sucess, rid: %d, status: %d, exit code: %d\n", rid, status, WEXITSTATUS(status));
            break; 
        }
        else if(rid == 0)
        {
            printf("father say: child is running, do other things\n");
            printf("##############task begin############\n");
            executeTask();
            printf("##############task end##############\n");
        }
        else 
        {
            perror("waitpid");
            break;
        }
        sleep(1);
    }
    return 0;
}
📒✏️总结
  • 在Linux下，进程退出提供了两个接口，exit() 和 _exit()，他们的区别就是 _exit()函数没有刷新缓冲区这一功能。
  • 一个创建子进程的父进程有必要进行进程等待，用来防止进程变为僵尸进程从而危害系统。其中进程等待有两个接口 wait() 和 waitpid()。
  • wait和waitpid：

区别

wait

waitpid

参数

*status

id, *status, options

状态

等待 任意 子进程退出，并返回终止子进程id

等待 指定 子进程退出，并返回终止子进程id

阻塞

无（默认阻塞调用）

0 和 WNOHANG（用来支持阻塞非阻塞的宏）

  • 根据你所期望进程执行的行为从而选择对应的接口。

创作不易，如果对您有帮助的话，还望留下一个小小的赞~~

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