【Linux学习】进程基础API

下面是有关进程基础API的相关介绍，希望对你有所帮助！

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目录

1. 僵尸进程与孤儿进程

1.1 孤儿进程

1.2 僵尸进程 

2. 监视子进程

2.1 wait()

2.2 waitpid()

3. 执行新程序 

exec族函数

4. 守护进程

1. 僵尸进程与孤儿进程

1.1 孤儿进程

父进程先于子进程结束，此时子进程变成了一个“孤儿”我们把这种进程就称为孤儿进程。

在 Linux 系统当中，所有的孤儿进程都自动成为 init 进程的子进程

示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
    // 创建子进程 
    switch (fork())
    {
    case -1:
        perror("fork error");
        exit(-1);
    case 0:
        // 子进程 
        printf("子进程<%d>被创建, 父进程<%d>\n", getpid(), getppid());
        sleep(3);                          // 休眠 3 秒钟等父进程结束
        printf("父进程<%d>\n", getppid()); // 再次获取父进程 pid
        _exit(0);
    default:
        // 父进程 
        break;
    }
    sleep(1); // 父进程休眠休眠 1 秒,保证子进程能够打印出第一个 printf()
    printf("父进程结束!\n");
    exit(0);
}

代码运行结果 

1.2 僵尸进程 

如果子进程先于父进程退出，同时父进程太忙了，无瑕回收子进程的内存资源，那么此时子进程就变成了一个 僵尸进程，僵尸一词指的是子进程结束后其父进程并没有来得及立马给它“收尸”，子进程处于“曝尸荒野”的状态

回收进程有以下几种情况：

1. 如果父进程调用wait()为子进程收尸"后，僵尸进程就会被内核彻底删除。
2. 如果父进程并没有调用wait(）函数然后就退出了，那么此时init进程将会接管它的子进程并自动调用wait(),故而从系统中移除僵尸进程
3. 如果父进程创建了某一子进程，子进程已经结束，而父进程还在正常运行，但父进程并未调用wait()回收子进程，此时子进程变成一个僵尸进程

如果系统中存在大量的僵尸进程，它们势必会填满内核进程表，从而阻碍新进程的创建，所以，在我们的一个程序设计中，一定要监视子进程的状态变化，如果子进程终止了，要调用wait()将其回收，避免僵尸进程。

示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
    // 创建子进程 
    switch (fork())
    {
    case -1:
        perror("fork error");
        exit(-1);

    case 0:
        // 子进程 
        printf("子进程<%d>父进程<%d>\n", getpid(), getppid());
        sleep(1);                          // 休眠 1秒钟
        printf("子进程结束!\n");
        _exit(0);
    default:
        // 父进程 
        break;
    }
    while(1)
        sleep(1);
    exit(0);
}

代码运行结果

2. 监视子进程

在很多应用程序的设计中，父进程需要知道子进程于何时被终止，并且需要知道子进程的终止状态信息，是正常终止、还是异常终止亦或者被信号终止等，意味着父进程会对子进程进行监视，同时还需要回收僵尸进程的资源

2.1 wait()

系统调用 wait() 可以等待进程的任一子进程终止，同时获取子进程的终止状态信息

//函数原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);

函数参数和返回值含义如下：

status：参数 status 用于存放子进程终止时的状态信息，参数 status 可以为 NULL，表示不接收子进程 终止时的状态信息。

返回值：若成功则返回终止的子进程对应的进程号；失败则返回-1。

参数 status 不为 NULL 的情况下，则 wait() 会将子进程的终止时的状态信息存储在它指向的 int 变量中，可以通过以下宏来检查 status 参数：

示例代码

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

int main()
{
    int status;
    pid_t pid;
    int i;
    int ret;
    for(i = 1; i<4; i++)
    {
        pid = fork();
        switch(pid)
        {
        case -1:
            perror("fork error");
            exit(-1);
        case 0:
        // 子进程 
        printf("子进程<%d>被创建\n", getpid());
        sleep(i);                         
        _exit(i);
        default:
        // 父进程 
        break;
        }
    }
    sleep(1);
    for(i = 1; i<4; i++)
    {
        ret = wait(&status);
        if(ret == -1)
        {
            if(ECHILD == errno)
            {
                printf("没有等待回收的进程\n");
                exit(0);
            }
            else
            {
                perror("wait error");
                exit(-1);
            }
        }
        printf("回收的子进程id: %d,回收状态：%d\n", ret, WIFSIGNALED(status));
    }
    exit(0);
}

 代码运行结果

2.2 waitpid()

使用 wait()系统调用存在着一些限制，这些限制包括如下：

如果父进程创建了多个子进程，使用 wait()将无法等待某个特定的子进程的完成，只能按照顺序等待下一个子进程的终止，一个一个来、谁先终止就先处理谁。

如果子进程没有终止，正在运行，那么 wait() 总是保持阻塞，有时我们希望执行非阻塞等待，而waitpid()函数则可以突破这些限制。

//函数原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

status： 与 wait()函数的 status 参数意义相同

返回值： 返回值与 wait()函数的返回值意义基本相同

3. 执行新程序 

当子进程的工作不再是运行父进程的代码段，而是运行另一个新程序的代码，那么这个时候子进程可以通过 exec 函数来实现运行另一个新的程序。

exec族函数

exec 族函数包括多个不同的函数，这些函数命名都以 exec 为前缀，这些库函数都是基于系统调用 execve() 而实现的，虽然参数各异、但功能相同， 包括： execl()、 execlp()、 execle()、 execv()、 execvp()、 execvpe()

示例代码 

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

int main(int argc, char **argv)
{
    // 倒数 n 秒
    for(int i=atoi(argv[1]); i>0; i--)
    {
        printf("%d\n", i);
        sleep(1);
    }

    // 程序退出，返回 n
    exit(atoi(argv[1]));
}

// father.c
#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <sys/wait.h> 

int main()
{
    // 子进程
    if(fork() == 0)
    {
        printf("加载新程序之前的代码\n");
        // 加载新程序，并传递参数3
        execl("./child", "./child", "3", NULL);
        printf("加载新程序之后的代码\n");
    }
    // 父进程
    else
    {
        // 等待子进程的退出
        int status;
        int ret = waitpid(-1, &status, 0);
        if(ret > 0)
        {
            if(WIFEXITED(status))
                printf("[%d]: 子进程[%d]的退出值是:%d\n",getpid(), ret, WEXITSTATUS(status));
        }
        else
        {
            printf("暂无僵尸子进程\n");
        }
    }
}

代码运行结果

• 注意：子进程中加载新程序之后的代码无法运行，因为已经被覆盖了。

4. 守护进程

守护进程（Daemon） 也称为精灵进程，是运行在后台的一种特殊进程，它独立于控制终端并且周期性 地执行某种任务。

输入终端命令 ps -aux ，TTY 一栏是  ？表示该进程没有控制终端，也就是守护进程，其中 COMMAND 一栏使用中括号[]括 起来的表示内核线程，这些线程是在内核里创建，没有用户空间代码，因此没有程序文件名和命令行，通常 采用 k 开头的名字，表示 Kernel

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