进程终止、进程等待以及fork()、wait()、waitpid()_c++ 结束fork进程

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一、进程终止

（1）进程终止的情况

1. 代码运行完毕，结果正确
2. 代码运行完毕，结果不正确
3. 代码异常终止（也就是程序崩溃、闪退了）

在C\C++中，mian()函数一般情况return 0，而这个“0”就是我们将要说的进程退出码，它表示进程退出的信息，让父进程来进行读取，从而使在僵尸状态（Z）的子进程被父进程读取退出信息，使其进入死亡状态（X）。

在Linux命令行中可以使用echo $？表示在bash中，最近一次执行完毕时，对应进程的退出码。

[swb@VM-8-12-centos test]$ echo $?
0
1
2

第二次第三次echo的时候输出的是前一次echo这个进程的退出码。实际上每个命令执行都是一个进程，都会有一个退出码，这个退出码就是main函数的返回值，每个进程都有一个main函数

不同的错误码对应不同的错误信息，当然我们也可以自己设计一种错误码和错误信息的映射。

在C\C++的库文件中存在strerror函数可以打印出退出码对应不同的错误原因。

 1 #include <stdio.h>
  2 #include <string.h>
  3 
  4 int main(){
  5 
  6   int i = 0;
  7   for(;i < 10; i++){
  8     printf("%d : %s\n",i,strerror(i));
  9   }
 10 
 11   return 0;                                                                 
 12 }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

[swb@test temp_test]$ ./test 
0 : Success
1 : Operation not permitted
2 : No such file or directory
3 : No such process
4 : Interrupted system call
5 : Input/output error
6 : No such device or address
7 : Argument list too long
8 : Exec format error
9 : Bad file descriptor
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

（2）进程终止的做法

正常终止（可以通过 echo $? 查看进程退出码）：

1. 从main返回（代表进程退出，从函数返回也一样，叫做函数返回）
2. 调用exit（终止进程，会刷新缓冲区）
3. _exit（终止进程，不会有任何刷新）

#include <unistd.h>
void _exit(int status);
1
2

参数：status 定义了进程的终止状态，父进程通过wait来获取该值（status有很多宏值，比如EXIT_SUCCESS）
说明：虽然status是int，但是仅有低8位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时，在终端执行$?发现返回值是255。

终止进程中内核会做什么操作？
子进程从僵尸状态（Z）到死亡状态（X），会释放子进程的代码和数据，但操作系统可能并不会释放该进程的内核数据结构。（注： 内核数据缓冲池——slab分派器的作用）

异常退出：

ctrl + c，信号终止

二、进程等待

（1）概念

父进程执行fork之后，会创建子进程，子进程一般都是要帮助父进程完成某种任务，此时父进程需要通过wait/waitpid等待子进程退出。

（2）必要性

• 子进程退出，父进程不读取子进程退出信息，有可能会造成僵尸进程的问题，从而造成进程泄露。
• 进程一旦变成僵尸进程，kill -9也没法杀死该进程。
• 父进程通过进程等待的方式，回收子进程获取子进程的退出信息。

（3）wait()——系统调用

等待任意退出的一个子进程

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int*status);
1
2
3

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。

（4）waitpid()——系统调用

最常用的父进程回收子进程资源，让子进程从Z状态到X状态。

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options);
1
2
3

返回值：
>0：等待子进程成功，返回子进程pid。
=0：等待失败。
参数：
pid：>0：指定等待哪一个子进程；-1：等待任意进程（和wait函数一样）
status：输出型参数（通过调用该函数，从函数内部拿出来特定的数据），其中的函数内部指的是从子进程的task_struct中拿出子进程退出的退出码，给父进程。
options：0：阻塞等待；非0：非阻塞等待。

（5）获取子进程status

• wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。
• 如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程。
• status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待（只看status低16比特位）。

子进程的退出有两种情况

• 一种是正常终止（结果正确或者不正确）
• 一种是异常终止（进程因为异常问题，收到了某种信号）

通过判断是否收到终止信号（0-6，低7位）来判断进程是否是正常终止，如果是正常终止（低7位全是0），再去看退出状态（8-15，8个比特位）。

位运算获取子进程的退出状态（退出码）和终止信号
如果要获取8-15这8位退出状态（退出码），可以让status右移8位，然后和000…000 1111 1111（(status>>8)&0xFF）与一下（因为status是32位的，右移8位后，把前面的24位置0）；
如果要获取0-6这7位终止信号，可以让status&0x7F（只需要获取低7位就行）；
如果正常退出，退出信号都是0；如果异常退出，退出信号就不是0，此时前面的退出状态也就没有意义。

C语言中宏定义获取子进程的退出状态（退出码）和判断是否收到终止信号

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）
WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）

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三、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。新进程为子进程，而原进程为父进程。

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
1
2

返回值：子进程中返回0，父进程返回子进程id，出错返回-1。

进程调用fork()，当控制转移到内核中的fork代码后，内核将做：

1. 分配新的内存块和内核数据结构（pcb+地址空间mm_struct+页表）给子进程
2. 将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
3. 添加子进程到系统进程列表当中
4. fork返回，开始调度器调度

fork()函数执行之前父进程独立执行，fork()函数之后，父子进程分别执行（父子共享所有代码）。
子进程执行的后续代码并不等于共享的所有代码，子进程只能从fork()函数之后开始执行（注：与CPU中的程序计数器也就是eip或pc指针有关）。

fork()函数之后，操作系统做了什么？
因为进程具有独立性，所以在fork()之后，创建子进程的内核数据结构（struct task_struct、struct mm_struct和页表），以及继承了父进程的代码，用写时拷贝的方式将父进程的数据进行共享或独立。

fork()写时拷贝
通常，父子代码共享，父子再不写入时，数据也是共享的，当任意一方试图写入，便以写时拷贝的方式各自一份副本。具体见下图:
父进程和子进程的虚拟地址空间以及页表都是各自有一份的，但是对应数据虚拟地址映射到的物理地址是同一个。
默认所有的数据都是只读的，如果有子进程想要写某个数据（页表项100），会发生写时拷贝，就会发生缺页中断，先拷贝一份数据到新的物理地址空间，然后修改子进程页表的映射关系，让子进程对应数据的虚拟地址映射到新的物理地址，然后中断结束，让子进程来修改数据。

fork常规用法

1. 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。
2. 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。