linux c编程：进程控制(一)

一个进程，包括代码、数据和分配给进程的资源。fork（）函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，

也就是两个进程可以做完全相同的事，但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。

fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次，它可能有三种不同的返回值：
    1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
    2）在子进程中，fork返回0；
    3）如果出现错误，fork返回一个负值；

在fork函数执行完毕后，如果创建新进程成功，则出现两个进程，一个是子进程，一个是父进程。在子进程中，fork函数返回0，在父进程中，

fork返回新创建子进程的进程ID。我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。这种父子进程和链表的结构很像，进程形成了链表，父进程的fpid(p 意味point)指向子进程的进程id,因为子进程没有子进程，所以其fpid为0.

来看下示例代码：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

int global=6;

char buf[]="a write to stdout\n";

 

int main()

{

    int var;

    pid_t pid;

    pid_t pid_parent;

    var=0;

    if(write(STDOUT_FILENO,buf,sizeof(buf)-1) != sizeof(buf)-1)

        printf("error");

 

    if((pid=fork()) == 0){

        global++;

        var++;

    }

    else{

        sleep(2);

    }

    printf("pid=%ld,glob=%d,var=%d\n",(long)getpid(),global,var);

    exit(0);

    return 0;

}

运行结果如下：从结果中可以看到在父进程和子进程中，glob和var的值不一样。在子进程中对glob和var修改的操作并没有影响父进程中的值。这是因为虽然子进程获取了父进程的数据空间，堆和栈的副本，但是并没有获取存储空间部分。也就是说父进程和子进程并不共享这些存储空间部分。

接下来继续看下fork函数的另一个升级版本，vfork函数。vfork函数和fork函数的区别如下：

1

fork():子进程拷贝父进程的数据段，代码段

vfork():子进程与父进程共享数据段

2

fork(): 父子进程的执行顺序不确定

vfork(): 保证子进程先运行，在调用exit或者exec后父进程才有可能被调用。如果在调用exit和exec前子进程依赖于父进程的进一步动作则会导致死锁。

 

程序修改如下：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

 

int global=6;

char buf[]="a write to stdout\n";

 

int main()

{

    int var;

    pid_t pid;

    pid_t pid_parent;

    var=0;

    if(write(STDOUT_FILENO,buf,sizeof(buf)-1) != sizeof(buf)-1)

        printf("error");

 

    if((pid=vfork()) == 0){

        global++;

        var++;

        _exit(0);

    }

 

    printf("pid=%ld,ppid=%ld,glob=%d,var=%d\n",(long)getpid(),(long)getppid(),global,var);

    exit(0);

    return 0;

}

运行结果：从结果中可以发现2点：

1 子进程对变量加1的操作，结果改变了父进程中的变量值。因为子进程在父进程的地址空间中运行。

2 只有一个打印，而非两个打印，原因在于子进程退出的时候执行了_exit()操作，在exit中关闭了标注I/O流，那么表示标准输出FILE对象的相关存储区将被清0。因为子进程借用了父进程的地址空间。所以当父进程恢复运行并调用printf的时候，也就不会产生任何输出了。printf返回-1.

wait和waitpid函数：

在前面介绍的父子进程中，当进程退出时,它向父进程发送一个SIGCHLD信号,默认情况下总是忽略SIGCHLD信号,此时进程状态一直保留在内存中,直到父进程使用wait函数收集状态信息,才会清空这些信息. 用wait来等待一个子进程终止运行称为回收进程.当父进程忘了用wait()函数等待已终止的子进程时,子进程就会进入一种无父进程的状态,此时子进程就是僵尸进程. 僵尸进程不占用内存也不占用CPU，表面上可以忽略他们的存在。但是事实上linux操作系统限制了某一时刻同时存在的进程的最大数目。如果程序不能及时清理系统中的僵尸进程。最终会导致进程数过多，当再次需要新进程的时候就会出错。因此我们需要在子进程exit后在父进程中调用wait或waitpid.

 

进程一旦调用了wait，就立即阻塞自己，由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出，如果让它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程，wait就会收集这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回；如果没有找到这样一个子进程，wait就会一直阻塞在这里，直到有一个出现为止。

参数status用来保存被收集进程退出时的一些状态，它是一个指向int类型的指针。但如果我们对这个子进程是如何死掉的毫不在意，只想把这个僵尸进程消灭掉，（事实上绝大多数情况下，我们都会这样想），我们就可以设定这个参数为NULL，就象下面这样：

pid = wait(NULL);

如果成功，wait会返回被收集的子进程的进程ID，如果调用进程没有子进程，调用就会失败，此时wait返回-1，同时errno被置为ECHILD。

代码如下：

void wait_function_test(){

    pid_t pr,pc;

    pc=fork();

    if (pc < 0){

        printf("error");

    }

    else if(pc == 0){

        printf("this is child process with pid of %d\n",getpid());

        sleep(10);

    }

    else{

        pr=wait(NULL);

        printf("I catched a child process with pid of %d\n",pr);

    }

    exit(0);

}

执行结果如下：在第2行结果打印出来前有10 秒钟的等待时间，这就是我们设定的让子进程睡眠的时间，只有子进程从睡眠中苏醒过来，它才能正常退出，也就才能被父进程捕捉到

如果参数status的值不是NULL，wait就会把子进程退出时的状态取出并存入其中，这是一个整数值（int），指出了子进程是正常退出还是被非正常结束的，以及正常结束时的返回值，或被哪一个信号结束的等信息。由于这些信息被存放在一个整数的不同二进制位中，所以用常规的方法读取会非常麻烦，人们就设计了一套专门的宏（macro）来完成这项工作。

1、WIFEXITED(status) 这个宏用来指出子进程是否为正常退出的，如果是，它会返回一个非零值（请注意，虽然名字一样，这里的参数status并不同于wait唯一的参数---指向整数的指针status，而是那个指针所指向的整数，切记不要搞混了）

2、WEXITSTATUS(status) 当WIFEXITED返回非零值时，我们可以用这个宏来提取子进程的返回值，如果子进程调用exit(5)退出，WEXITSTATUS(status) 就会返回5；如果子进程调用exit(7)，WEXITSTATUS(status)就会返回7。请注意，如果进程不是正常退出的，也就是说， WIFEXITED返回0，这个值就毫无意义。

代码修改如下：

void wait_function_test(){

    pid_t pr,pc;

    int status;

    pc=fork();

    if (pc < 0){

        printf("error");

    }

    else if(pc == 0){

        printf("this is child process with pid of %d\n",getpid());

        exit(3);

    }

    else{

        pr=wait(&status);

        if(WIFEXITED(status)){

            printf("the child process %d exit normally\n",pr);

            printf("the return code is %d.\n",WEXITSTATUS(status));

        }

        else{

            printf("The child process %d exit abnormally",pr);

        }

    }

    exit(0);

}

父进程准确捕捉到了子进程的返回值3，并把它打印了出来。

下面来看一个wait函数的升级版waitpid. 前面的函数中，如果一个进程有几个子进程，那么只要一个进程终止，wait就返回。如果要等待一个指定的进程终止比如知道某个进程的PID，那么该如何做呢，我们可以调用wait然后将其返回的进程ID和我们期望的ID相比较。如果不相同，则将该进程ID保存起来继续调用wait，反复这样做直到所期望的进程终止。这样比较麻烦，而采用waitpid则可以等待特定的进程函数。

waitpid多出了两个可由用户控制的参数pid和options，从而为我们编程提供了另一种更灵活的方式。下面我们就来详细介绍一下这两个参数：

pid：从参数的名字pid和类型pid_t中就可以看出，这里需要的是一个进程ID。但当pid取不同的值时，在这里有不同的意义。

         pid>0时，只等待进程ID等于pid的子进程，不管其它已经有多少子进程运行结束退出了，只要指定的子进程还没有结束，waitpid就会一直等下去。

         pid=-1时，等待任何一个子进程退出，没有任何限制，此时waitpid和wait的作用一模一样。

         pid=0时，等待同一个进程组中的任何子进程，如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid不会对它做任何理睬。

         pid<-1时，等待一个指定进程组中的任何子进程，这个进程组的ID等于pid的绝对值。

options：options提供了一些额外的选项来控制waitpid，目前在Linux中只支持WNOHANG和WUNTRACED两个选项，这是两个常数，可以用"|"运算符把它们连接起来使用，比如：

ret=waitpid(-1,NULL,WNOHANG | WUNTRACED);

如果我们不想使用它们，也可以把options设为0，如：

ret=waitpid(-1,NULL,0);

如果使用了WNOHANG参数调用waitpid，即使没有子进程退出，它也会立即返回，不会像wait那样永远等下去。

返回值和错误

waitpid的返回值比wait稍微复杂一些，一共有3种情况：

          1、当正常返回的时候，waitpid返回收集到的子进程的进程ID；

          2、如果设置了选项WNOHANG，而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集，则返回0；

          3、如果调用中出错，则返回-1，这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在；

当pid所指示的子进程不存在，或此进程存在，但不是调用进程的子进程，waitpid就会出错返回，这时errno被设置为ECHILD；

代码如下：

void wait_function_test(){

    pid_t pr,pc;

    pc=fork();

    if (pc < 0){

        printf("error");

    }

    else if(pc == 0){

        sleep(10);

        exit(3);

    }

    do{

        pr=waitpid(pc,NULL,WNOHANG);

        if(pr == 0){

            printf("no child existed\n");

            sleep(1);

        }

    }while(pr==0);

    if(pr==pc){

        printf("successfully get child %d\n",pr);

    }

    else{

        printf("some error occured\n");

    }

    exit(0);

}

运行结果。可以看到即使没有子进程退出，设置了WNOHANG后，父进程也会立即返回，不会像wait那样永远等下去。