一、進(jìn)程創(chuàng)建：fork函數(shù)

我們在命令行中輸入man fork 即可得到fork函數(shù)的函數(shù)接口的函數(shù)的使用方法。

?我們可以看到，fork函數(shù)位于man手冊的第2部分，由于第2部分通常是用于描述系統(tǒng)調(diào)用和庫函數(shù)，所以我們可以了解到fork函數(shù)實際是一個系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。

接下來，我們先了解一下什么是系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)？

系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)是操作系統(tǒng)提供給用戶程序或應(yīng)用程序的一組接口，通過這些接口，用戶程序可以請求操作系統(tǒng)執(zhí)行特定的操作，如文件操作、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)通信等。系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)允許用戶程序訪問操作系統(tǒng)的底層功能，以完成對硬件資源的管理和控制。

系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)與一般的函數(shù)調(diào)用有所不同。一般的函數(shù)調(diào)用是在用戶程序內(nèi)部進(jìn)行的，而系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)是用戶程序與操作系統(tǒng)之間的通信方式。當(dāng)用戶程序調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)時，會觸發(fā)一個特殊的處理機(jī)制，將控制權(quán)轉(zhuǎn)移給操作系統(tǒng)內(nèi)核，執(zhí)行相應(yīng)的操作，然后將結(jié)果返回給用戶程序。

系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)通常是由操作系統(tǒng)提供的庫函數(shù)封裝的，以便用戶程序更方便地調(diào)用。這些函數(shù)通常包含在標(biāo)準(zhǔn)庫中，例如在 C 語言中，可以通過?unistd.h?頭文件來訪問系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。

常見的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)包括?fork()、exec()、open()、read()、write()?等，它們提供了對文件系統(tǒng)、進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、網(wǎng)絡(luò)通信等底層功能的訪問。系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)是編寫操作系統(tǒng)相關(guān)程序和系統(tǒng)編程的重要工具，也是操作系統(tǒng)與用戶程序之間的橋梁。

如果不理解，我們先記住加粗藍(lán)字描述的部分。?

在操作系統(tǒng)中，用戶程序處于用戶態(tài)（用戶層），而操作系統(tǒng)內(nèi)核處于內(nèi)核態(tài)（核心層）。用戶程序不能直接訪問系統(tǒng)的硬件資源或執(zhí)行特權(quán)指令，而是通過系統(tǒng)調(diào)用接口來請求操作系統(tǒng)執(zhí)行特定的任務(wù)，包括對硬件資源的管理和控制。

通過系統(tǒng)調(diào)用接口，用戶程序可以向操作系統(tǒng)發(fā)出請求，比如讀寫文件、創(chuàng)建進(jìn)程、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信等。操作系統(tǒng)會根據(jù)請求執(zhí)行相應(yīng)的操作，然后將結(jié)果返回給用戶程序。這樣的設(shè)計有效地保護(hù)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，同時也提供了一種方便而有效的方式，讓用戶程序與系統(tǒng)進(jìn)行交互。

?fork函數(shù)詳解：

fork函數(shù)從已存在進(jìn)程中創(chuàng)建一個新進(jìn)程。新進(jìn)程為子進(jìn)程，而原進(jìn)程為父進(jìn)程。

• 接口：

  #include <unistd.h>
  pid_t fork(void);
  

• 作用：
  fork()?函數(shù)用于創(chuàng)建一個新的進(jìn)程，該進(jìn)程是調(diào)用進(jìn)程的副本。子進(jìn)程與父進(jìn)程幾乎完全相同，包括代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧等。在子進(jìn)程中，fork()?返回 0，而在父進(jìn)程中，它返回新創(chuàng)建子進(jìn)程的 PID（進(jìn)程標(biāo)識符）。

• 返回值：

  • 在父進(jìn)程中，fork()?返回新創(chuàng)建子進(jìn)程的 PID。
  • 在子進(jìn)程中，fork()?返回 0。
  • 如果?fork() 失敗，返回值為 -1，表示創(chuàng)建子進(jìn)程失敗。

• 進(jìn)程的執(zhí)行：

  • 子進(jìn)程從?fork()?返回的地方【return】開始執(zhí)行，而父進(jìn)程則繼續(xù)執(zhí)行它的代碼。這意味著在?fork()?調(diào)用之后，父進(jìn)程和子進(jìn)程會并行執(zhí)行。

• 錯誤處理：
  如果?fork()?失敗，返回值為 -1。失敗的原因可能是系統(tǒng)資源不足或者進(jìn)程數(shù)達(dá)到了限制。

• 注意事項：

  • 在?fork()?后，父子進(jìn)程共享文件描述符，這意味著在一個進(jìn)程中打開的文件在另一個進(jìn)程中也是打開的。如果不適當(dāng)?shù)靥幚?#xff0c;可能會導(dǎo)致意想不到的結(jié)果。
  • 子進(jìn)程通常需要調(diào)用 exec?系列函數(shù)來加載新的程序，以便替換掉自己的內(nèi)存映像。否則，子進(jìn)程將繼承父進(jìn)程的內(nèi)存映像，可能會導(dǎo)致一些意外的行為。

?接下來我們來看一段程序：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{printf("父進(jìn)程開始運行！！！\n");pid_t id = fork();if(id == 0){printf("我是子進(jìn)程！！！\n");sleep(1);}else if(id > 0){printf("我是父進(jìn)程！！！\n");sleep(1);}else {perror("進(jìn)程創(chuàng)建失敗！！！\n");}return 0;
}

?這段代碼的結(jié)果是這樣的：

?接下來我們來詳細(xì)聊一下fork函數(shù)。相信大家都有這樣的疑問：

1、為什么fork()函數(shù)可以有兩個返回值，也就是函數(shù)會返回兩次，這和我們平時見到的函數(shù)不同。

當(dāng)進(jìn)程調(diào)用?fork()?函數(shù)時，控制會轉(zhuǎn)移到操作系統(tǒng)內(nèi)核中執(zhí)行?fork()?函數(shù)的代碼。在內(nèi)核中，fork()?函數(shù)主要完成以下操作：

1. 創(chuàng)建新的進(jìn)程控制塊（Process Control Block，PCB）：內(nèi)核會為新的子進(jìn)程分配一個唯一的進(jìn)程標(biāo)識符（PID），并在內(nèi)存中為其創(chuàng)建一個新的進(jìn)程控制塊（PCB）。這個 PCB 將包含子進(jìn)程的運行狀態(tài)、程序計數(shù)器、堆棧指針、文件描述符等信息。

2. 復(fù)制父進(jìn)程的地址空間以創(chuàng)建自己的地址空間：在大多數(shù)情況下，fork()?函數(shù)會創(chuàng)建子進(jìn)程的完整副本，包括代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧等。這意味著子進(jìn)程將會獲得與父進(jìn)程幾乎完全相同的內(nèi)存映像。這一步通常通過 Copy-On-Write（寫時復(fù)制）技術(shù)來實現(xiàn)，即在子進(jìn)程需要修改內(nèi)存時才會進(jìn)行實際的復(fù)制操作。

3. 將子進(jìn)程的狀態(tài)設(shè)置為就緒：一旦子進(jìn)程的地址空間準(zhǔn)備好，內(nèi)核將其狀態(tài)設(shè)置為就緒態(tài)，以便在合適的時機(jī)可以被調(diào)度執(zhí)行。

4. 返回不同的值：在內(nèi)核中，fork()?函數(shù)會返回兩次，一次是在父進(jìn)程的上下文中返回子進(jìn)程的 PID，另一次是在子進(jìn)程的上下文中返回 0。這樣，父進(jìn)程和子進(jìn)程可以根據(jù)返回值來執(zhí)行不同的代碼路徑。

??

?在fork函數(shù)內(nèi)部，在執(zhí)行 return pid 之前，子進(jìn)程就已經(jīng)創(chuàng)建完成，所以 return pid 實際也是父子進(jìn)程的共享代碼部分，所以父進(jìn)程會執(zhí)行一次，返回子進(jìn)程的pid；而子進(jìn)程也會執(zhí)行一次 return pid?返回進(jìn)程是否創(chuàng)建完成的信息。

?2、為什么父進(jìn)程接收子進(jìn)程的PID，而子進(jìn)程返回0或-1？

1. 父進(jìn)程接收子進(jìn)程的PID：父進(jìn)程在調(diào)用fork()函數(shù)后，會得到子進(jìn)程的PID作為返回值。通過這個PID，父進(jìn)程可以對子進(jìn)程進(jìn)行跟蹤、管理和通信。例如，父進(jìn)程可能會使用子進(jìn)程的PID來等待子進(jìn)程的結(jié)束狀態(tài)（通過waitpid()函數(shù)），或者向子進(jìn)程發(fā)送信號（通過kill()函數(shù)）等。

2. 子進(jìn)程返回0或-1：子進(jìn)程在fork()函數(shù)返回時，需要確定自己是父進(jìn)程還是子進(jìn)程。因此，子進(jìn)程通常會檢查fork()的返回值來確定自己的身份。具體來說：

   • 如果fork()返回0，則表示當(dāng)前進(jìn)程是子進(jìn)程。子進(jìn)程可以通過這個返回值來區(qū)別自己和父進(jìn)程，并且通常會在這個基礎(chǔ)上執(zhí)行特定的任務(wù)或代碼段。
   • 如果fork()返回-1，則表示進(jìn)程創(chuàng)建失敗。通常這種情況會發(fā)生在系統(tǒng)資源不足或者其他錯誤發(fā)生時。子進(jìn)程在這種情況下會立即退出或者采取相應(yīng)的錯誤處理措施。

由于fork()函數(shù)具有以上兩個特性，我們可以采取 if---else?語句對父子進(jìn)程進(jìn)行分流，這樣就可以讓父子進(jìn)程去做不同的事情，這也是我們后續(xù)進(jìn)行進(jìn)程替換的基礎(chǔ)。

3、父子進(jìn)程哪個先運行？?

在一般情況下，無法確定父進(jìn)程和子進(jìn)程哪一個先運行。這取決于操作系統(tǒng)的調(diào)度策略以及各種競爭條件的發(fā)生情況。

通過上面的知識，我們了解到在fork函數(shù)內(nèi)部子進(jìn)程創(chuàng)建完成之后，父子進(jìn)程共享進(jìn)程創(chuàng)建完成之后的代碼，包括fork函數(shù)內(nèi)部的代碼。

二、進(jìn)程終止

進(jìn)程退出的場景：

• 正常退出：進(jìn)程完成了它的任務(wù)，并通過調(diào)用?exit()、_exit()函數(shù)或者在?main()?函數(shù)中使用?return?語句返回。在這種情況下，進(jìn)程會執(zhí)行清理操作，并返回退出狀態(tài)給操作系統(tǒng)。

• 異常退出：進(jìn)程在執(zhí)行過程中遇到了錯誤或異常情況，無法繼續(xù)執(zhí)行下去。這可能是因為代碼中的錯誤、系統(tǒng)資源不足、權(quán)限不足等原因?qū)е碌?。在這種情況下，進(jìn)程可以調(diào)用?exit()?函數(shù)或者?_exit()?函數(shù)來立即終止程序執(zhí)行，并返回退出狀態(tài)給操作系統(tǒng)。

• 收到信號：進(jìn)程可以收到來自操作系統(tǒng)或其他進(jìn)程發(fā)送的信號，例如 使用 kill 命令搭配SIGKILL 或 SIGTERM 等。

• 父進(jìn)程終止：如果一個子進(jìn)程的父進(jìn)程終止了，而沒有等待子進(jìn)程完成（通過調(diào)用?wait()?或?waitpid()），則子進(jìn)程可能會成為孤兒進(jìn)程。在這種情況下，操作系統(tǒng)通常會將孤兒進(jìn)程的父進(jìn)程設(shè)置為 init 進(jìn)程（進(jìn)程號為 1），并由 init 進(jìn)程接管孤兒進(jìn)程的管理。孤兒進(jìn)程的退出方式與其他進(jìn)程相同。

• 系統(tǒng)關(guān)閉：當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉或重啟時，所有正在運行的進(jìn)程都會被終止。操作系統(tǒng)通常會向所有進(jìn)程發(fā)送信號，以便它們有機(jī)會在關(guān)閉之前執(zhí)行清理操作。

• 其他。。。

?進(jìn)程退出方法：

1. 調(diào)用 exit()、_exit() 函數(shù)

2. 在main()函數(shù)中使用return語句返回

3. Ctrl + c 組合鍵 或者 使用 kill 命令搭配終止信號

?exit()函數(shù)、_exit()函數(shù)詳解

exit()?函數(shù)和?_exit()?函數(shù)都是用于終止程序的執(zhí)行

1. exit()?函數(shù)：

   • exit()?函數(shù)是標(biāo)準(zhǔn) C 庫中的函數(shù)，用于正常終止程序的執(zhí)行，并返回退出狀態(tài)給操作系統(tǒng)。
   • 調(diào)用?exit()?函數(shù)會執(zhí)行以下步驟：
     1. 執(zhí)行所有注冊的退出處理程序（使用?atexit()?注冊的函數(shù)）。
     2. 關(guān)閉所有打開的流（文件）。
     3. 刷新所有的緩沖區(qū)。
     4. 返回退出狀態(tài)給操作系統(tǒng)。
   • exit()?函數(shù)的原型在?<stdlib.h>?頭文件中聲明，其函數(shù)原型如下：

     #include <stdlib.h>
     void exit(int status);
     

   • status?參數(shù)是傳遞給操作系統(tǒng)的退出狀態(tài)，通常用來指示程序的結(jié)束狀態(tài)，一般約定 0 表示成功，非零值表示失敗或其他特定狀態(tài)。
   • exit()?函數(shù)在正常終止程序時應(yīng)該被調(diào)用，它會執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的程序清理操作，并返回狀態(tài)給操作系統(tǒng)。

2. _exit()?函數(shù)：

   • _exit()?函數(shù)是系統(tǒng)調(diào)用，用于立即終止程序的執(zhí)行，不執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的程序清理操作。
   • 調(diào)用?_exit()?函數(shù)會立即終止程序的執(zhí)行，并且不會執(zhí)行以下操作：
     1. 不執(zhí)行注冊的退出處理程序。
     2. 不關(guān)閉打開的流（文件）。
     3. 不刷新緩沖區(qū)。
   • _exit()?函數(shù)的原型在?<unistd.h>?頭文件中聲明，其函數(shù)原型如下：

     #include <unistd.h>
     void _exit(int status);
     

   • status?參數(shù)同樣是傳遞給操作系統(tǒng)的退出狀態(tài)。
   • _exit()?函數(shù)通常在需要立即終止程序執(zhí)行，并且不需要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)清理操作時使用。比如，在子進(jìn)程中的錯誤處理中可以使用?_exit()?來避免執(zhí)行父進(jìn)程中的清理操作。

主要區(qū)別總結(jié)：

• exit()?是標(biāo)準(zhǔn) C 庫函數(shù)，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的程序清理操作后返回退出狀態(tài)給操作系統(tǒng)。
• _exit()?是系統(tǒng)調(diào)用，立即終止程序的執(zhí)行，不執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的程序清理操作。

在使用時，通常情況下，應(yīng)該優(yōu)先使用?exit()?函數(shù)來正常終止程序，并執(zhí)行必要的清理操作。

exit最后也會調(diào)用exit, 但在調(diào)用exit之前，還做了其他工作：

• 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的程序清理操作：調(diào)用?atexit()?注冊的清理函數(shù)、關(guān)閉文件描述符等
• 關(guān)閉所有打開的流，所有的緩存數(shù)據(jù)均被寫入
• 調(diào)用_exit
  

?通過上圖，我們可以明顯觀察到三者的差異。

return退出：
return是一種更常見的退出進(jìn)程方法。執(zhí)行return n；等同于執(zhí)行 exit(n) ，因為調(diào)用main的運行時函數(shù)會將main的返回值當(dāng)做 exit() 函數(shù)的參數(shù)。
?

三、進(jìn)程等待

在學(xué)習(xí)進(jìn)程等待前，我們要先了解什么是進(jìn)程等待？

進(jìn)程等待（Process Waiting）是指在操作系統(tǒng)中，一個進(jìn)程因為某種原因（通常是等待某些資源或條件滿足）而被阻塞，暫時無法執(zhí)行，需要等待直到滿足條件才能繼續(xù)執(zhí)行的狀態(tài)。這種狀態(tài)通常發(fā)生在進(jìn)程請求某種資源（如輸入/輸出設(shè)備、內(nèi)存、鎖等）而資源暫時不可用時，進(jìn)程會被置于等待狀態(tài)，直到資源可用或條件滿足后才能繼續(xù)執(zhí)行。在進(jìn)程等待的過程中，操作系統(tǒng)可以將該進(jìn)程從可執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為阻塞狀態(tài)，以便其他可執(zhí)行的進(jìn)程有機(jī)會執(zhí)行。

舉個簡單的例子：在C語言中，我們使用printf函數(shù)向屏幕打印信息。我們讓下面的程序一直向顯示器打印信息，并觀察該進(jìn)程的狀態(tài)。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main()
{while(1){printf("I am a running process, my_pid:%d\n", getpid());sleep(1);}return 0;
}

看到這兒可能有同學(xué)會產(chǎn)生疑惑了：進(jìn)程明明是一直在運行呀，不應(yīng)該是R狀態(tài)（運行態(tài)）嗎？為什么是S狀態(tài)（睡眠態(tài)）呢？

其實這與CPU和顯示器的響應(yīng)速度有關(guān)。我們知道，CPU處理信息的速度是極快的，特別對于這種極其簡單的程序。但當(dāng)CPU每次處理完自身任務(wù)后，顯示器可能仍在處理之前的信息。而在這期間后續(xù)進(jìn)程需要等待顯示器準(zhǔn)備就緒，這會導(dǎo)致后續(xù)進(jìn)程處于阻塞狀態(tài)，直到顯示器空閑并且操作系統(tǒng)將控制權(quán)交給它們。

?進(jìn)程等待的必要性

• ?之前講過，子進(jìn)程退出，父進(jìn)程如果不管不顧，就可能造成“僵尸進(jìn)程”的問題，進(jìn)而造成內(nèi)存泄漏。
• 另外，進(jìn)程一旦變成僵尸狀態(tài)，那就刀槍不入，“殺人不眨眼”的kill -9 也無能為力，因為誰也沒有辦法 殺死一個已經(jīng)死去的進(jìn)程。
• 最后，父進(jìn)程派給子進(jìn)程的任務(wù)完成的如何，我們需要知道。如，子進(jìn)程運行完成，結(jié)果對還是不對， 或者是否正常退出。 父進(jìn)程通過進(jìn)程等待的方式，回收子進(jìn)程資源，獲取子進(jìn)程退出信息?

進(jìn)程等待方法：wait() / waitpid() 函數(shù)詳解

?waitpid()函數(shù)options選項：

waitpid() 函數(shù)的?options?參數(shù)用于指定等待行為的一些額外條件，包括但不限于以下幾種選項：

• WNOHANG：指定非阻塞模式。如果沒有子進(jìn)程退出，立即返回，不掛起父進(jìn)程。
• WUNTRACED：也會等待已經(jīng)停止的子進(jìn)程退出，但不會等待已經(jīng)恢復(fù)執(zhí)行的子進(jìn)程。
• WCONTINUED：等待已經(jīng)繼續(xù)執(zhí)行的子進(jìn)程退出。
• WSTOPPED：等待已經(jīng)停止的子進(jìn)程退出，與?WUNTRACED?類似。

• 這些選項可以單獨使用，也可以通過按位或運算組合使用。例如，options?可以是?WNOHANG | WUNTRACED，表示以非阻塞模式等待子進(jìn)程退出，并且同時等待已經(jīng)停止的子進(jìn)程退出。

• 這些選項實際上是預(yù)先定義好的宏，在?sys/wait.h?頭文件中進(jìn)行了聲明。當(dāng)你使用這些宏時，編譯器會將其替換為相應(yīng)的整數(shù)值，以便在?waitpid()?函數(shù)中使用。

status參數(shù)詳解

status?參數(shù)是一個輸出型參數(shù)，用于由進(jìn)程本身提供子進(jìn)程的退出狀態(tài)信息。當(dāng)子進(jìn)程退出時，其退出狀態(tài)會被寫入到?status?參數(shù)指向的內(nèi)存位置中，以供父進(jìn)程獲取。?

• wait和waitpid，都有一個status參數(shù)，該參數(shù)是一個輸出型參數(shù)，由操作系統(tǒng)填充。
• 如果傳遞NULL，表示不關(guān)心子進(jìn)程的退出狀態(tài)信息。
• 否則，操作系統(tǒng)會根據(jù)該參數(shù)，將子進(jìn)程的退出信息反饋給父進(jìn)程。
• status不能簡單的當(dāng)作整形來看待，可以當(dāng)作位圖來看待，具體細(xì)節(jié)如下圖（只研究status低16比特位）

在status的低16比特位當(dāng)中，高8位表示進(jìn)程的退出狀態(tài)，即退出碼。進(jìn)程若是被信號所殺，則低7位表示終止信號，而第8位比特位是core dump標(biāo)志。?

我們通過位運算操作就可以得出程序的退出狀態(tài)和終止信號：

exit_code = (status >> 8) & 0xff; //退出狀態(tài)，取9~16位
exit_signal = status & 0x7f;      //終止信號，取1~7位

同時，庫中也提供了兩個宏來代替上面的運算：

• WEXITSTATUS(status)?宏函數(shù)用于提取子進(jìn)程的退出碼，前提是該子進(jìn)程是通過正常終止而退出的。其原型為：

  int WEXITSTATUS(int status);
  

  當(dāng)且僅當(dāng)?WIFEXITED(status)?返回真（非零值）時，才應(yīng)該用?WEXITSTATUS(status)。這個宏可以幫助你獲取子進(jìn)程退出時傳遞給?exit()?函數(shù)的退出碼，通常用于查看子進(jìn)程的退出狀態(tài)。

• WIFEXITED(status)?宏函數(shù)用于檢查子進(jìn)程是否為正常終止，本質(zhì)是檢查是否收到信號，其原型為：

  int WIFEXITED(int status);
  

  如果子進(jìn)程正常終止并成功退出，則該宏返回真（非零值），否則返回假（0）。這個宏可以幫助你確定子進(jìn)程是否是通過調(diào)用?exit()?或?_exit()?等函數(shù)正常退出的。

?所以也可以如下表示：

exit_code = WEXITSTATUS(status);  //獲取退出碼
exit_signal = WIFEXITED(status);  //是否正常退出

使用示例：

#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){//childint count = 10;while(count--){printf("I am child...PID:%d, PPID:%d\n", getpid(), getppid());sleep(1);}exit(0);}//fatherint status = 0;pid_t ret = wait(&status);//pid_t ret = wait(-1, &status, 0); 此方法同上if(ret > 0){//wait successprintf("wait child success...\n");if(WIFEXITED(status)){//exit normalprintf("exit code:%d\n", WEXITSTATUS(status));}}sleep(1);return 0;
}

?可以看到父進(jìn)程成功等待到子進(jìn)程，且子進(jìn)程的是正常退出。

如果我們使用kill -9 信號使子進(jìn)程強(qiáng)制退出呢？

#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){//childint count = 20;while(count--){printf("I am child...PID:%d, PPID:%d\n", getpid(), getppid());sleep(1);}exit(0);}//fatherint status = 0;pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);if(ret > 0){//wait successprintf("wait child success...\n");//判斷是否正常退出if(WIFEXITED(status)){//exit normalprintf("exit code:%d\n", WEXITSTATUS(status));//正常退出則打印退出碼}else {//exit abnormalprintf("exit_signal:%d\n",status & 0x7f);}}sleep(3);return 0;
}

?可以看到，當(dāng)使用kill -9 強(qiáng)制終止子進(jìn)程時，父進(jìn)程依然等待成功，但是由于使用的是信號，所以是異常退出，最終程序只打印出了退出信號。

進(jìn)程的阻塞等待方式：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>int main()
{pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0) {printf("%s fork error\n", __FUNCTION__);return 1;}else if (pid == 0) { //childprintf("child is run, pid is : %d\n", getpid());sleep(5);exit(257);}else {int status = 0;pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);//阻塞式等待，等待5Sprintf("this is test for wait\n");if (WIFEXITED(status) && ret == pid) {printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\n", WEXITSTATUS(status));}else {printf("wait child failed, return.\n");return 1;}}return 0;
}

上述所給例子中，當(dāng)子進(jìn)程未退出時，父進(jìn)程都在一直等待子進(jìn)程退出，在等待期間，父進(jìn)程不能做任何事情，這種等待叫做阻塞等待。

實際上我們可以讓父進(jìn)程不要一直等待子進(jìn)程退出，而是當(dāng)子進(jìn)程未退出時父進(jìn)程可以做一些自己的事情，當(dāng)子進(jìn)程退出時再讀取子進(jìn)程的退出信息，即非阻塞等待。

我們將options參數(shù)設(shè)置為WNOHANG：指定非阻塞模式。如果沒有子進(jìn)程退出，立即返回，不掛起父進(jìn)程。并且使用循環(huán)進(jìn)行輪番檢測，如果等待不成功，那父進(jìn)程就去做別的事情。過段時間再去調(diào)用waitpid函數(shù)，等待子進(jìn)程成功后，父進(jìn)程才會退出。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{pid_t id = fork();if (id == 0) {//childint count = 3;while (count--) {printf("child do something...PID:%d, PPID:%d\n", getpid(), getppid());sleep(3);}exit(0);}//fatherwhile (1) {int status = 0;pid_t ret = waitpid(id, &status, WNOHANG);if (ret > 0) //父進(jìn)程等待成功{printf("wait child success...\n");printf("exit code:%d\n", WEXITSTATUS(status));break;}else if (ret == 0) //子進(jìn)程仍在運行{printf("father do other things...\n");//可以穿插其他函數(shù)讓父進(jìn)程去做其他事情sleep(1);}else //waitpid返回-1，等待失敗，終止等待{printf("waitpid error...\n");break;}}return 0;
}

?四、進(jìn)程替換

進(jìn)程替換原理：

用fork創(chuàng)建子進(jìn)程后執(zhí)行的是和父進(jìn)程相同的程序(但有可能執(zhí)行不同的代碼分支)，子進(jìn)程往往要調(diào)用一種exec函數(shù)以執(zhí)行另一個程序。當(dāng)進(jìn)程調(diào)用一種exec函數(shù)時，該進(jìn)程的用戶空間代碼和數(shù)據(jù)完全被新程序替換，從新程序的啟動例程開始執(zhí)行。調(diào)用exec并不創(chuàng)建新進(jìn)程，所以調(diào)用exec前后該進(jìn)程的id并未改變。

當(dāng)一個進(jìn)程執(zhí)行了進(jìn)程替換（如exec()系列函數(shù)）后，它會被替換為另一個程序。

以下函數(shù)統(tǒng)稱exec函數(shù)：?

1. execl():

   • 函數(shù)接口：int execl(const char *path, const char *arg0, ... /* (char *) NULL */);
   • 參數(shù)解釋：
     • path：要執(zhí)行的程序的路徑。
     • arg0：程序的名稱，一般來說是?path?的基本文件名。
     • ...：傳遞給新程序的參數(shù)列表，以 NULL 結(jié)尾。

2. execle():

   • 函數(shù)接口：int execle(const char *path, const char *arg0, ..., /* (char *) NULL, char *const envp[] */);
   • 參數(shù)解釋：
     • 除了 execl() 的參數(shù)外，還接受一個額外的參數(shù)?envp，用于傳遞環(huán)境變量數(shù)組。

3. execlp():

   • 函數(shù)接口：int execlp(const char *file, const char *arg0, ... /* (char *) NULL */);
   • 參數(shù)解釋：
     • file：要執(zhí)行的程序的文件名，會在環(huán)境變量 PATH 指定的路徑中搜索。
     • 其他參數(shù)與 execl() 類似。

4. execv():

   • 函數(shù)接口：int execv(const char *path, char *const argv[]);
   • 參數(shù)解釋：
     • path：要執(zhí)行的程序的路徑。
     • argv[]：傳遞給新程序的參數(shù)數(shù)組，以 NULL 結(jié)尾。

5. execvp():

   • 函數(shù)接口：int execvp(const char *file, char *const argv[]);
   • 參數(shù)解釋：
     • file：要執(zhí)行的程序的文件名，會在環(huán)境變量 PATH 指定的路徑中搜索。
     • argv[]：傳遞給新程序的參數(shù)數(shù)組，以 NULL 結(jié)尾。

6. execve():

   • 函數(shù)接口：int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);
   • 參數(shù)解釋：
     • filename：要執(zhí)行的程序的路徑。
     • argv[]：傳遞給新程序的參數(shù)數(shù)組，以 NULL 結(jié)尾。
     • envp[]：環(huán)境變量數(shù)組。

7. execvpe():

   • 函數(shù)接口：int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);
   • 參數(shù)解釋：
     • file：要執(zhí)行的程序的文件名，會在環(huán)境變量 PATH 指定的路徑中搜索。
     • argv[]：傳遞給新程序的參數(shù)數(shù)組，以 NULL 結(jié)尾。
     • envp[]：環(huán)境變量數(shù)組。

這些函數(shù)的參數(shù)解釋中，path代表要執(zhí)行的程序的路徑，?file?代表要執(zhí)行的可執(zhí)行文件的文件名，argv[]?是傳遞給新程序的參數(shù)數(shù)組，而?envp[]?是環(huán)境變量數(shù)組。函數(shù)的返回值為 -1 表示執(zhí)行失敗，具體的錯誤信息可以通過查看 errno 來獲取。進(jìn)程替換如果調(diào)用成功則加載新的程序從啟動代碼開始執(zhí)行，不再返回到原來的程序中。?

命名理解

• 這些函數(shù)用于執(zhí)行其他程序。
• 以 “l(fā)(list)” 結(jié)尾的函數(shù)（如 execl、execle）采用參數(shù)列表的方式傳遞參數(shù)，參數(shù)個數(shù)在函數(shù)調(diào)用時需要提前確定。
• 以 “v(vector)” 結(jié)尾的函數(shù)（如 execv、execvp）采用指針數(shù)組的方式傳遞參數(shù)，參數(shù)個數(shù)在數(shù)組的結(jié)束標(biāo)志（NULL）前確定。
• 以 “p(path)” 結(jié)尾的函數(shù)（如 execlp、execvp、execvpe）可以根據(jù)環(huán)境變量 PATH 來搜索可執(zhí)行文件。
• 以 “e(env)” 結(jié)尾的函數(shù)（如 execle、execve、execvpe）允許設(shè)置環(huán)境變量。
• execvpe() 在搜索可執(zhí)行文件時除了搜索 PATH 環(huán)境變量外，還可以通過傳遞一個環(huán)境變量數(shù)組來搜索。

應(yīng)用舉例：?

#include <unistd.h>
int main()
{char* const argv[] = { "ps", "-ef", NULL };char* const envp[] = { "PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL };execl("/bin/ps", "ps", "-ef", NULL);// 帶p的，可以使用環(huán)境變量PATH，無需寫全路徑execlp("ps", "ps", "-ef", NULL);// 帶e的，需要自己組裝環(huán)境變量execle("ps", "ps", "-ef", NULL, envp);execv("/bin/ps", argv);// 帶p的，可以使用環(huán)境變量PATH，無需寫全路徑execvp("ps", argv);// 帶e的，需要自己組裝環(huán)境變量execve("/bin/ps", argv, envp);exit(0);
}

?事實上，只有execve才是真正的系統(tǒng)調(diào)用，其它五個函數(shù)最終都是調(diào)用的execve，所以execve在man手冊的第2節(jié)，而其它五個函數(shù)在man手冊的第3節(jié)，也就是說其他五個函數(shù)實際上是對系統(tǒng)調(diào)用execve進(jìn)行了封裝，以滿足不同用戶的不同調(diào)用場景的。