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进程、孤儿进程、僵尸进程、fork、wait简介

news 2024/10/31 12:54:19

进程相关概念

程序和进程
程序：是指编译好的二进制文件，在磁盘上，占用磁盘空间, 是一个静态的概念.
进程：一个启动的程序，进程占用的是系统资源，如：物理内存，CPU，终端等，是一个动态的概念

进程状态

进程基本的状态有5种。分别为初始态，就绪态，运行态，挂起态与终止态。其中初始态为进程准备阶段。

PCB:进程控制块

        进程控制块（Process Control Block，PCB）是操作系统中用于管理和控制进程的重要数据结构。每当操作系统创建一个新进程时，它会为该进程分配一个 PCB，其中包含了与该进程相关的所有信息。Linux内核的进程控制块是task_struct结构体。

        vim /usr/src/linux-headers-6.8.0-45/include/linux/sched.h #6.8.0-45linux版本替换成自己的电脑上的版本进入这个文件可以查看task_struct结构体的定义。

  task_struct结构体内部成员有很多，我们重点掌握以下部分即可：
进程id。系统中每个进程有唯一的id，在C语言中用pid_t类型表示，其实就是一个非负整数。
进程的状态，有就绪、运行、挂起、停止等状态。
描述虚拟地址空间的信息。
进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针。
用户id和组id。
进程可以使用的资源上限（Resource Limit）：使用ulimit -a 命令可以查看

并行和并发

  并发，在一个时间段内, 是在同一个cpu上, 同时运行多个程序。
        如：若将CPU的1S的时间分成100个时间片，每个进程执行完一个时间片必须无条件让出CPU的使用权，这样1S中就可以执行100个进程。高并发可以简单理解为是在有限时间内，系统能够处理尽可能多的进程或请求。
        并行指两个或两个以上的程序在同一时刻发生(需要有多颗cpu，现在我们电脑的cpu都是多核)。就是说，有多个cpu上同时运行着不同程序。

孤儿进程

孤儿进程的概念：若子进程的父进程已经终止，而子进程还在运行，这个进程就成了孤儿进程。
为了保证每个进程都有一个父进程，孤儿进程会被init进程（进程标识符（PID）为1）领养，init进程成为了孤儿进程的养父进程，当孤儿进程退出之后，由init进程完成对孤儿进程的回收。

僵尸进程

        僵尸进程的概念:若子进程终止，父进程还在运行，但是父进程没有调用wait或waitpid函数完成对子进程的回收，则该子进程就成了僵尸进程。

如何解决僵尸进程？
        由于僵尸进程是一个已经终止的进程，所以不能使用kill命令将其杀死。
        通过kill其父进程的方法可以消除僵尸进程。

终止掉其父进程后，这个僵尸进程会被init进程领养，由init进程完成对僵尸进程的回收。

fork函数

函数作用：创建子进程
原型: pid_t fork(void);
使用时需要包含头文件：#include <unistd.h>
函数参数：无
返回值：调用成功:父进程返回子进程的PID，是一个大于0的数；
子进程返回0。
注意：不是fork函数在一个进程中返回两个值，而是在父子进程各自返回一个值。
fork函数原理图：（PCB在上边有介绍）

子进程创建成功后，代码的执行位置？
        子进程会从 fork() 调用后的下一行代码开始继续执行。这意味着，在 fork() 后面有条件判断或逻辑分支，可以通过检查 fork() 的返回值来确定当前是在父进程还是在子进程中。
如何区分父子进程？
        通过fork函数的返回值
父子进程的执行顺序？
        不一定，哪个进程先抢到CPU，哪个进程就先执行。
fork函数代码简单实例：调用fork函数创建子进程，分别打印出子进程pid和父进程pid等。代码里用到了getpid和getppid函数，比较简单，这里不在介绍。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>int main(void)
{printf("before fork,pid[%d]\n",getpid());pid_t pid = fork();printf("test\n");if(pid<0){perror("fork error");return -1;}else if(pid>0){printf("father:[%d],pid =[%d],fpid=[%d]\n",pid,getpid(),getppid());}else if(pid==0){	printf("child:pid =[%d],fpid=[%d]\n",getpid(),getppid());}printf("after fork,pid:[%d]\n",getpid());return 0;}

运行结果如下：

其次，父子进程对某个变量进行修改时需要注意，父进程若修改某个变量的值，子进程中这个变量的值不会改变，试想，如果子进程中某个变量的值能跟随父进程中对应变量的值进行变化，就相当于进行了父子间进程通信！显然，在这份代码中并没有做到。

//fork函数测试
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>#include <sys/wait.h>int test = 6;int main()
{//创建子进程pid_t pid = fork();if(pid<0) //fork失败的情况{perror("fork error");return -1;}else if(pid>0)//父进程{printf("parent: [%d], pid=[%d], fpid=[%d]\n", pid, getpid(),getppid());test += 2;printf("parent:[%p]\n", &test);printf("parent: test==[%d]\n",test);//wait(NULL);}else if(pid==0) //子进程{sleep(2); //为了避免父进程还没有执行, 子进程已经结束了printf("[%p]\n", &test);printf("child: pid==[%d], fpid==[%d]\n", getpid(), getppid());printf("child: test==[%d]\n", test);}return 0;
}

执行结果：这里父进程结束后，子进程的fpid是1（init进程的pid为1），这个进程（就是孤儿进程最上边有解释）会被init进程领养，由init进程完成对孤儿进程的回收。但是执行完并没有自动退出终端，如果想让其自动退出终端，把上述代码的wait注释去掉。

wait函数

        pid_t wait(int *_Nullable wstatus);
函数作用：阻塞并等待子进程退出、回收子进程残留资源、获取子进程结束状态(退出原因)。

返回值：
        成功：清理掉的子进程ID；
        失败：-1 (没有子进程)；

wstatus参数：子进程的退出状态 -- 传出参数

WIFEXITED(wstatus)：为非0 → 进程正常结束
WEXITSTATUS(wstatus)：获取进程退出状态
WIFSIGNALED(wstatus)：为非0 → 进程异常终止

WTERMSIG(status)：取得进程终止的信号编号。
wait函数实例：实现父进程调用wait函数完成对子进程的回收

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main()
{//创建子进程pid_t pid = fork();if(pid<0) //fork失败的情况{perror("fork error");return -1;}else if(pid>0)//父进程{printf("father: [%d], pid==[%d], fpid==[%d]\n", pid, getpid(),getppid());int wstatus;pid_t wpid = wait(&wstatus);printf("wpid==[%d]\n", wpid);if(WIFEXITED(wstatus)) //正常退出{printf("child normal exit, wstatus==[%d]\n", WEXITSTATUS(wstatus));}else if(WIFSIGNALED(wstatus)) //被信号杀死{printf("child killed by signal, signo==[%d]\n", WTERMSIG(wstatus));}}else if(pid==0) //子进程{printf("child: pid==[%d], fpid==[%d]\n", getpid(), getppid());sleep(10);return 9;}return 0;
}

结果：