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6. 进程控制

news 来源：原创 2025/5/9 6:22:41

补充一下写时拷贝中的一个细节：数据在拷贝后全都设为只读，未来要修改时，只读的数据要写入操作，碰到权限问题，此时不做异常处理，而是发生写时拷贝。

之前我们都是创建一个进程，如果我想创建多个进程呢？

也是可以的：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>#define N 10void runChild()
{int cnt = 5;while(cnt){printf("i am child:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());sleep(1);cnt--;}
}int main()
{for(int i=0; i<N; i++){pid_t id = fork();if(id == 0){runChild();exit(0);}}return 0;
}

我这个进程一直创建子进程，创建出来如果是子进程就运行，如果是父进程就不做任何操作，循环回去继续创建。

1. 进程终止

我们的main函数总会有一个返回值，为什么总会return 0？1？-1？
这个值返回给谁了呢？
为什么要返回这个值？

return 的这个值其实就是进程的退出码，表征进程的运行结果是否正确，0代表运行成功。如果我们运行这个我们写的main函数，这个值会被bash拿到。

为什么会被bash拿到，因为进程中谁会关心我们运行进程的情况呢？一般而言就是我们运行进程的父进程会关心！父进程要把运行情况返回给用户，所以最终是用户关心进程的运行情况，也就是我们想知道运行的结果！

若运行的结果不正确，我们想知道为什么不正确，这时就可以用return的不同返回值数字，代表不同的出错原因--这也就是退出码。

所以，main函数的返回值的本质：进程完成运行时是否是正确的结果，如果不是，可以用不同的数字表示不同的出错原因。

怎么拿到最近一个进程的退出码：echo $?

第二个是0是因为上一个执行的进程echo执行成功，所以它的退出码是0。

让我们通过下面的代码看一下所有错误码与其对应描述：

int main()
{for(int i=0; i<200; i++){printf("%d:%s\n", i, strerror(i));}
}

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
10:No child processes
11:Resource temporarily unavailable
12:Cannot allocate memory
13:Permission denied
14:Bad address
15:Block device required
16:Device or resource busy
17:File exists
18:Invalid cross-device link
19:No such device
20:Not a directory
21:Is a directory
22:Invalid argument
23:Too many open files in system
24:Too many open files
25:Inappropriate ioctl for device
26:Text file busy
27:File too large
28:No space left on device
29:Illegal seek
30:Read-only file system
31:Too many links
32:Broken pipe
33:Numerical argument out of domain
34:Numerical result out of range
35:Resource deadlock avoided
36:File name too long
37:No locks available
38:Function not implemented
39:Directory not empty
40:Too many levels of symbolic links
41:Unknown error 41
42:No message of desired type
43:Identifier removed
44:Channel number out of range
45:Level 2 not synchronized
46:Level 3 halted
47:Level 3 reset
48:Link number out of range
49:Protocol driver not attached
50:No CSI structure available
51:Level 2 halted
52:Invalid exchange
53:Invalid request descriptor
54:Exchange full
55:No anode
56:Invalid request code
57:Invalid slot
58:Unknown error 58
59:Bad font file format
60:Device not a stream
61:No data available
62:Timer expired
63:Out of streams resources
64:Machine is not on the network
65:Package not installed
66:Object is remote
67:Link has been severed
68:Advertise error
69:Srmount error
70:Communication error on send
71:Protocol error
72:Multihop attempted
73:RFS specific error
74:Bad message
75:Value too large for defined data type
76:Name not unique on network
77:File descriptor in bad state
78:Remote address changed
79:Can not access a needed shared library
80:Accessing a corrupted shared library
81:.lib section in a.out corrupted
82:Attempting to link in too many shared libraries
83:Cannot exec a shared library directly
84:Invalid or incomplete multibyte or wide character
85:Interrupted system call should be restarted
86:Streams pipe error
87:Too many users
88:Socket operation on non-socket
89:Destination address required
90:Message too long
91:Protocol wrong type for socket
92:Protocol not available
93:Protocol not supported
94:Socket type not supported
95:Operation not supported
96:Protocol family not supported
97:Address family not supported by protocol
98:Address already in use
99:Cannot assign requested address
100:Network is down
101:Network is unreachable
102:Network dropped connection on reset
103:Software caused connection abort
104:Connection reset by peer
105:No buffer space available
106:Transport endpoint is already connected
107:Transport endpoint is not connected
108:Cannot send after transport endpoint shutdown
109:Too many references: cannot splice
110:Connection timed out
111:Connection refused
112:Host is down
113:No route to host
114:Operation already in progress
115:Operation now in progress
116:Stale file handle
117:Structure needs cleaning
118:Not a XENIX named type file
119:No XENIX semaphores available
120:Is a named type file
121:Remote I/O error
122:Disk quota exceeded
123:No medium found
124:Wrong medium type
125:Operation canceled
126:Required key not available
127:Key has expired
128:Key has been revoked
129:Key was rejected by service
130:Owner died
131:State not recoverable
132:Operation not possible due to RF-kill
133:Memory page has hardware error

验证一下文件不存在但是想访问的情况：

可以看到系统提供的错误码和描述之间是一一对应的，我们可不可以自己设计一套退出码体系呢？当然可以。后面再说吧。

C语言还会引入一个全局变量errno，与退出码功能类似。

int main()
{int ret = 0;char* p = (char*)malloc(1000*1000*1000*4);if(p == NULL){printf("malloc fail, %d : %s\n", errno, strerror(errno));ret = errno;}else{printf("malloc success\n");}return ret;
}

进程退出的场景有三种：

代码异常终止
代码运行完毕，结果正确
代码运行完毕，结果错误

一个代码结束时，肯定是先关心有无异常，然后再看运行结果是否正确。

代码异常终止时，本质可能就是代码没有跑完，这时进程的退出码没有意义，我们不关心退出码了，但我们还得关心为什么异常，以及发生了什么异常？

进程出现异常，本质是我们的进程收到了对应的信号，什么信号呢？

就是kill中的各种信号。

一个一直在运行的进程，我们kill -几进程pid，最后显示出来的就是以那种方式终止。

既然exit()里的值和return返回的值都可以做退出码，他们的区别是什么？

return 只能表示当前函数返回
exit 可以在任意地方被调用，都表示进程直接退出

exit 和 _exit

int main()
{printf("what can i say");sleep(1);exit(11);
}

1s后打印what can i say

int main()
{printf("what can i say");sleep(1);_exit(11);
}

只是把exit替换成了_exit，就不打印了？

_exit 退出时，没有打印缓冲区中的数据。所以他们的区别：

内核上面的是用户区，exit()是库函数，_exit()是系统调用，_exit直接退出，什么都不干，但是exit会刷新缓冲区等等，搞完之后才会调用_exit退出。

所以我们 printf 写入的缓冲区绝对不在内核中。

在main中，return n 等价于 exit(n)，因为main运行时会将main的返回值当作exit 的参数。

2. 进程等待

之前说过，子进程退出，如果父进程还在运行而且对子进程不管不顾，不处理子进程返回的信息，那么就会形成僵尸进程，造成内存泄漏。

父进程怎么回收这个Z状态的子进程呢？通过进程等待，回收子进程资源，获取子进程退出信息。

进程等待是什么：

通过系统调用接口 wait/waitpid，来对子进程进行状态检查和回收的功能。

为什么要有进程等待？

僵尸进程无法被杀死，需要通过进程等待来处理掉他，进而解决内存泄漏问题--必须解决的
我们需要通过进程等待，获取子进程的退出情况，父进程需要知道布置给子进程的任务完成的怎么样--要么关心，要么不关心，这是可选的。

wait:

int main()
{pid_t id = fork();if(id < 0){perror("fork");return 1;}else if(id == 0){int cnt = 5;while(cnt){printf("i am child, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n", getpid(), getppid(), cnt);cnt--;sleep(1);}exit(0);}else{int cnt = 10;while(cnt){printf("i am father, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n", getpid(), getppid(), cnt);cnt--;sleep(1);}pid_t ret = wait(NULL);if(ret == id){printf("wait success, ret:%d\n", ret);}sleep(5);}return 0;
}

子进程9669结束后，父进程还存在，然后wait，wait是等待任意一个子进程退出，返回它等待到的退出的这个子进程的pid，如果wait的返回值和传给父进程的id（子进程pid）一样，说明等待成功。

学到目前为止，进程等待是必须的！

上面是单个进程的情况，如果有多个进程呢？父进程创建了那么多子进程，都得回收，怎么回收呢

#define N 10void runChild()
{int cnt = 5;while(cnt){printf("i am child:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());sleep(1);cnt--;}
}int main()
{for(int i=0; i<N; i++){pid_t id = fork();if(id == 0){runChild();exit(0);}printf("create child process:%d success\n", id);}sleep(5);for(int i=0; i<N; i++){pid_t id = wait(NULL);if(id > 0){printf("wait %d success\n", id);}}return 0;
}

其实直接搞一个循环，让他等待任意一个进程退出就好。

如果没有一个子进程退出呢？也就是父进程在wait时，子进程都不退，则会在wait处阻塞等待。

#define N 10void runChild()
{int cnt = 5;while(1){printf("i am child:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());sleep(1);cnt--;}
}int main()
{for(int i=0; i<N; i++){pid_t id = fork();if(id == 0){runChild();exit(0);}printf("create child process:%d success\n", id);}sleep(5);for(int i=0; i<N; i++){pid_t id = wait(NULL);if(id > 0){printf("wait %d success\n", id);}}return 0;
}

waitpid:

pid:

pid = -1：等待任意一个子进程，与wait等效
pid > 0：等待进程id和pid相等的子进程（某一子进程）

stat_loc：

NULL：不关心子进程退出状态信息

options：

0：阻塞等待
WNOHANG：非阻塞轮询

waitpid(-1， NULL，0)和wait(NULL)是一样的效果。

pid很好理解，我们详细介绍其他两个参数

stat_loc：

stat_loc，共有32位，我们只考虑其中的16位。

前面提到了，子进程退出一共就3种退出场景，父进程等待，期望获得子进程退出时的哪些信息呢？

首先是子进程代码是否异常，一旦代码异常，就会被kill的信号所杀，这个信号就是kill -l中的各种信号：

“第几个信号”导致进程异常退出，这个退出信息存在32位的哪里呢？

可以看到低7位存放的就是异常信号信息。由于kill中没有0号信号，要检测当前进程是否异常，只用检测低7位是否为0就可以，若为0，说明进程没有收到kill信号，没有异常。

判断完有无异常，就要判断程序运行的是否正确了，这我们在进程终止中讲过，是通过退出码与其对应信息拿到的，8-15位就存的是退出码。这个core dump暂时不讲。

    pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);if(ret == id){//7F = 0111 111printf("wait success, ret:%d, exit sig:%d, exit code:%d\n", ret, status&0x7F, (status>>8)&0xF);

这样就可以看到退出码和终止信号。

父进程通过waitpid读取子进程的PCB，检查子进程若为僵尸状态，则把这两个exit信息合并位status，让上层拿到，在底层的PCB代码中也是有这两个值的。exit_signal和exit_code。

子进程执行完毕后，代码和数据可以释放，但是PCB不能，因为其中包含退出信息，需要等父进程来接收。

waitpid成功了就返回接收的那个子进程的pid，失败了就返回-1，怎么才能接受失败呢？

搞一个限定接收某一个进程，但是给父进程传的id根本不是这个进程的，接收不到就失败了。

但是吧，exit的信息如果这么用位运算，代码不易读懂，所以系统提供了两个宏。

WIFEXITED：若为正常终止子进程返回的状态，则为真(检查进程是否正常退出)
WEXITSTATUS：若WIFEXITED非零，提取子进程退出码(查看进程的退出码)

int main()
{pid_t id = fork();if(id < 0){perror("fork");return 1;}else if(id == 0){int cnt = 5;while(cnt){printf("i am child, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n", getpid(), getppid(), cnt);cnt--;sleep(1);}exit(0);}else{int cnt = 10;while(cnt){printf("i am father, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n", getpid(), getppid(), cnt);cnt--;sleep(1);}pid_t ret = wait(NULL);int status;if(ret == id){if(WIFEXITED(status)){printf("进程是正常跑完的，退出码：%d\n", WEXITSTATUS(status));}else{printf("进程出异常了\n");}printf("wait success, ret:%d\n", ret);}else{printf("wait failed\n");}}return 0;
}

options:

阻塞等待的意思就是，如果子进程状态不满足，父进程就一直等待，直到目标子进程状态改变（退出、暂停或被信号终止），父进程需要等待子进程完成后再继续执行。

非阻塞轮询就是使用 WNOHANG 选项：waitpid(pid, &status, WNOHANG) 会立即返回

如果目标子进程已退出/终止，则返回其 PID，并填充 status。
如果子进程仍在运行，则返回 0（不阻塞）。

#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() 
{pid_t pid = fork();if (pid == 0) {// 子进程sleep(2);  // 模拟子进程运行printf("Child process exiting.\n");_exit(42);} else {// 父进程int status;while (1) {pid_t ret = waitpid(pid, &status, WNOHANG);  // 非阻塞轮询if (ret == pid) {printf("Child exited with code: %d\n", WEXITSTATUS(status));  // 输出 42break;} else if (ret == 0) {printf("Child still running...\n");sleep(1);  // 避免 CPU 忙等待} else {perror("waitpid error");break;}}}return 0;
}

父进程不会阻塞，而是每隔 1 秒检查一次子进程状态。

ret = 0就说明等待的条件没有就绪，非阻塞轮询的意义就是可以去做别的事情然后继续等待。