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fork函数
在Linux中fork函数是非常重要的函数#xff0c;它从已存在进程中创建一个新进程#xff0c;原进程为父进程 fork函数的功能#xff1a; 分配新的内存和内核数据结构给子进程将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程添加子进程到系统的进程列表中fork返…一、进程创建
fork函数
在Linux中fork函数是非常重要的函数它从已存在进程中创建一个新进程原进程为父进程 fork函数的功能 分配新的内存和内核数据结构给子进程将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程添加子进程到系统的进程列表中fork返回开始调度器调度 fork函数的返回值 子进程返回0父进程返回子进程的pid创建进程失败返回 写实拷贝
在进程地址空间中我们解释了父子进程的数据相同地址不同值的问题那么现在我们来谈谈OS是具体怎么实现的下面给大家画个草图 fork的常规用法 一个父进程希望复制自己使父子进程同时执行不同的代码段。例如父进程等待客户端请求生成子进程来处理请求 一个进程要执行一个不同的程序。例如子进程从fork返回后调用exec函数 fork调用失败的原因 系统中有太多的进程实际用户的进程数超过了限制 二、进程终止 进程退出场景 代码运行完毕结果正确代码运行完毕结果不正确代码异常终止 为什么要介绍这个因为系统创建进程本质是让进程去完成一些工作那么系统当然有必要去了解工作的结果如果成功了那么万事大吉如果代码错误不管是代码运行完毕结果错误还是出现异常提前终止操作系统都需要知道原因那么如何知道进程失败的原因呢
1.代码运行完毕结果不正确
相信大家在写C语言的时候main方法里总是会写return 0;这个语句现在我们应该明白其实这就是告诉父进程该进程工作顺利完成同时我们也或多或少在控制台的黑窗口中见过某某程序返回值不为0的情况。这些返回值统一叫做退出码对应一些数字而每一个数字对应一个字符串 当然这个退出码也是可以自定义的
这个和C语言中学的errno(错误码)这个全局变量很相似(大家可以去查查C的文档)只不过退出码是记录进程跑完后的结果是否正确及错误的原因错误码记录库函数/系统接口即函数运行失败的原因 2.代码异常终止 上面两个程序都是异常终止操作系统检测到进程异常通过信号直接杀掉进程(因为操作系统是进程的管理者) 总结 1.进程是否异常看有没有收到信号 2.进程运行结果是否正确和错误的原因看退出码 进程异常结束后退出码就没有意义了 3.进程常见的退出方法 正常终止可以通过echo $?查看进程的退出码 从main返回执行return n等同于执行exit(n),因为调用main的运行时函数会将main的返回值当做 exit的参数---这里的return仅限于main函数中的其他函数的return不具有结束进程的功能这里就不做过多介绍了调用exit库函数调用_exit系统接口 1.exit---库函数 2._exit---系统调用接口 上面的代码运行结果和exit一样就是将exit函数换成了_exit函数结论和上面一样
那么这两个函数有什么不同呢我们来看下面这段代码 当结束进程时exit函数会将缓冲区中的内容刷新而_exit不会这个现象其实可以推导出缓冲区不在操作系统中因为exit就是封装的_exit这个后面的章节会讲这里先得出结论
三、进程等待
通过wait/waitpid让父进程对子进程进行资源回收的等待过程 进程等待的原因 子进程退出父进程如果不管不顾就可能造成僵尸进程的问题造成内存泄漏(进程一旦变成僵尸状态就无法被杀死)父进程需要知道子进程的运行结果通过进程等待获取子进程的退出信息---不是必须的但是系统需要提供这样的功能 如何进行等待
1.wait方法 pid_t wait(int*status); 返回值 成功返回被等待进程pid失败返回-1 参数 输出型参数获取子进程退出状态,不关心则可以设置成为NULL 代码一 代码二 上面两个代码说明两件事
1.进程等待能回收子进程的僵尸状态
2.父进程必须在wait上进行阻塞等待直到子进程运行结束变成僵尸状态wait回收 2.waitpid方法 pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); 返回值 1.正常返回收集到的子进程的进程ID 2.如果设置了选项WNOHANG而发现没有子进程可收集返回0 3.如果调用中出错则返回-1这时errno回被设置为相应的值来表明错误原因 参数 pid 1 -1等待任何一个子进程与wait等效 20等待进程ID和pid相等的子进程 status: 1 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 2WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零提取子进程退出码查看进程的退出码 options 10默认阻塞等待 2WNOHANG: 若pid指定的子进程没有结束则waitpid()函数返回0不予以等待。若正常结束则返回该子进程的ID -----上面两个选项最重要其他的options请自行查阅文档 waitpid(-1,NULL,0)和wait(NULL)等价这里就不演示了
下面来讲讲waitpid的后面两个参数wait的参数和waitpid的第二个参数一样
1.status 这个status输出型参数的值很奇怪但是我将它用位运算分割成两个数字之后我们就能理解了10是退出码0代表进程没有出现异常这个现象和它的底层设计有关 将10和0带入上面的规则就会发现status2560
上面演示的是正常退出的情况下面演示一个进程异常被杀死的情况 这里再次强调当进程异常时退出码就没有意义了 (扩展父进程等待子进程处于阻塞状态时本质其实是父进程的pcb链入了子进程pcb的等待队列。父进程需要获取到子进程的退出状态就意味着子进程的pcb中存有这两个数字而wait和waitpid函数作为系统调用接口将输出型参数status用这两个数字拼接后返回) 当然如果你对status的组成不是很了解也可以用WIFEXITED和WEXITSTATUS这两个宏替代 异常的情况就留给读者自己去实验了 多个子进程的创建和等待 (这里仅是截取了最后的运行结果) 我们发现子进程的结束时间并非按创建的时间顺序还是得看系统是如何调度的 2.options 0:阻塞等待子进程不结束不返回值父进程只能一直等不能做其他事情 WNOHANG:非阻塞等待无论子进程是否结束都返回结果如果子进程结束返回子进程ID如果子进程没结束返回0一般需要重复调用即轮询父进程在等待时可以做自己的一些工作 非阻塞等待 四、进程的程序替换
程序替换的用法和本质
当我们用fork创建子进程时子进程执行的都是父进程代码块如果我们要让子进程执行新的程序呢即不再执行父进程的代码块我们该怎么办这就是程序替换的意义我们用exec*这类的函数接口实现程序替换
下面我们先来见识一下程序替换 我们在解决上面的问题之前先看一下execl函数的声明 既然是替换程序那么我们当然能执行被替换过来的ls命令这个很容易理解但是为什么第二个打印语句没有执行呢因为代码被全部替换了自然无法执行最后的打印语句。
那么代码被替换了进程是不是也被替换了呢 很显然子进程的pid没有改变也就是说没有创建新的进程只是单纯的程序替换
多进程的替换和写时拷贝原理一样单一进程的程序替换就是将新程序覆盖原程序 我们来说说这个execl函数的返回值它只有在替换失败的时候才会右返回值替换成功就没有返回值其实想一想也确实合理当它执行成功后面的代码就不执行了还要这个返回值干嘛呢当然正常来说它执行失败我们也不接收它的返回值因为它执行任务失败我们直接结束进程就行
可能有人好奇它的返回值这里演示一下 程序替换还有一些其他的接口全是以exec开头的函数接口如下 用法介绍 上面这些函数有兴趣可以自己回去试试这里就不演示了用法都很相似
既然能替换系统命令那么能不能替换成我们写的程序呢毕竟系统命令本质也是我们写的程序
下面我们来试试看 很显然我们用exec*这种类型的接口实现了对我们自己写的程序的替换
那么我们能不能用它对其他语言所写的程序进行替换呢
当然可以因为它是进程的程序替换无论是什么语言在Linux中运行都会变成进程那么同为进程为什么只有C写的程序能被替换呢所以exec*接口也能替换其他语言写的程序
下面写个bash脚本语言给大家见识一下 环境变量
1.当我们进行程序替换的时候子进程对应的环境变量是可以直接从父进程继承来的证明如下 当我们在调用mytest这个进程的时侯本质是bash创建了一个子进程执行mytest这个程序而后mytest中又创建了子进程process而环境变量具有全局属性所以bash的子进程都能继承这些环境变量而一旦mytest继承了这些环境变量同理process也同样能继承mytest的环境变量这只是猜测下面是实验证明 2.环境变量被子进程继承是一种默认的行为不受程序替换的影响
在学习进程地址空间时我们学过命令行参数和环境变量也在进程地址空间中当我们创建子进程时环境变量当然也自动随着进程地址空间拷贝给了子进程而程序替换并没有改变环境变量说明程序替换不会改变环境变量
3.子进程获得的环境变量有两种方法
a.从父进程原封不动的传递给子进程---1什么都不做 2通过execle/execvpe传递环境变量表environ
b.我们也能用execle/execvpe传递我们自己写的环境变量
c.如果想新增一些环境变量给子进程同上在父进程中putenv 讲了这么多还有一个函数没介绍 在见过exec*的众多函数接口后我们会发现他们的功能基本一样只是单纯的使用方式不同其实他们本质都是对execve这个系统接口的封装以适应不同的场景需求而已
