进程控制:进程的创建、终止、阻塞、唤醒、切换等生命周期管理操作

在操作系统中，进程控制是指对进程的创建、终止、阻塞、唤醒、切换等生命周期管理操作。在 Unix/Linux 系统中，主要通过一系列系统调用来实现进程控制，以下是核心概念和常用系统调用的详解：

一、进程创建

进程创建是进程控制的基础，通过父进程创建子进程实现。

1. fork() 系统调用

• 功能：创建一个与父进程几乎完全相同的子进程（复制父进程的地址空间、文件描述符等）。
• 特点：
  • 调用一次，返回两次（父进程返回子进程 PID，子进程返回 0）。
  • 子进程与父进程并发执行，执行顺序不确定。
• 示例：

  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid < 0) {// 错误处理perror("fork failed");return 1;} else if (pid == 0) {// 子进程逻辑printf("子进程: PID = %d, 父进程 PID = %d\n", getpid(), getppid());} else {// 父进程逻辑printf("父进程: 子进程 PID = %d\n", pid);// 等待子进程结束（避免僵尸进程）wait(NULL);}return 0;
  }
  

2. exec 系列函数

• 功能：在当前进程中加载并执行新的程序（替换进程的代码段、数据段等，PID 不变）。
• 常用函数：execl()、execv()、execle()、execvp() 等。
• 示例：

  // 子进程中执行新程序（如 "/bin/ls"）
  if (pid == 0) {execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);  // 执行 ls -l 命令perror("execl failed");  // 若执行失败才会执行exit(1);
  }
  

二、进程终止

进程终止是指进程完成任务后退出或异常终止。

1. 正常终止方式

• exit(status)：结束进程并释放资源，status 为退出状态码（父进程可通过 wait() 获取）。
• _exit(status)：直接终止进程，不刷新标准 I/O 缓冲区（更底层）。
• 主函数 main() 返回（等价于 exit(return_value)）。

2. 异常终止方式

• 信号终止（如 Ctrl+C 发送 SIGINT 信号）。
• 调用 abort() 函数（发送 SIGABRT 信号）。

三、进程等待

父进程通过等待子进程结束，回收子进程资源（避免僵尸进程）。

1. wait() 函数

• 功能：阻塞等待任意一个子进程结束，回收其资源。
• 示例：

  #include <sys/wait.h>int status;
  pid_t child_pid = wait(&status);  // 阻塞等待子进程// 判断子进程退出状态
  if (WIFEXITED(status)) {printf("子进程正常退出，状态码: %d\n", WEXITSTATUS(status));
  } else if (WIFSIGNALED(status)) {printf("子进程被信号终止，信号值: %d\n", WTERMSIG(status));
  }
  

2. waitpid() 函数

• 功能：更灵活的等待方式，可指定等待特定 PID 的子进程，支持非阻塞模式。
• 示例：

  // 等待 PID 为 child_pid 的子进程，非阻塞模式
  pid_t result = waitpid(child_pid, &status, WNOHANG);
  if (result == 0) {// 子进程尚未结束
  } else if (result == child_pid) {// 子进程已结束，处理退出状态
  }
  

四、进程阻塞与唤醒

• 阻塞：进程因等待某事件（如 I/O 完成、信号）暂时停止运行，进入阻塞状态。
• 唤醒：当等待的事件发生时，进程从阻塞状态转为就绪状态，等待 CPU 调度。
• 实现方式：通过系统调用（如 sleep()、wait()）或信号机制触发。

五、进程标识符（PID）

• 每个进程有唯一的 PID（进程 ID），父进程的 PID 称为 PPID。
• 特殊 PID：
  • PID=0：内核进程（调度进程）。
  • PID=1：init 进程（所有进程的祖先，负责启动和管理系统）。
• 相关函数：
  • getpid()：获取当前进程 PID。
  • getppid()：获取父进程 PID。

六、僵尸进程与孤儿进程

• 僵尸进程：子进程已终止，但父进程未调用 wait() 回收其资源，子进程状态变为 Z（Zombie）。

  • 危害：占用系统进程表项，耗尽资源。
  • 解决：父进程及时调用 wait() 或 waitpid()。

• 孤儿进程：父进程先于子进程终止，子进程被 init 进程（PID=1）收养。

  • 特点：init 进程会自动回收孤儿进程资源，无危害。

总结

进程控制的核心是通过 fork() 创建进程、exec 系列函数加载新程序、wait()/waitpid() 回收子进程资源，以及 exit() 终止进程。理解这些机制是掌握 Unix/Linux 进程管理的基础，也是实现多任务并发的关键。