进程控制（1）
在 Linux 操作系统中，进程是资源分配与调度的基本单位，而进程控制则是操作系统编程的核心能力 —— 它涵盖了进程的创建、终止、资源回收与程序替换，甚至是 Linux Shell 这类交互工具的底层实现。
进程创建
fork函数初识
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);返回值：⼦进程中返回0，⽗进程返回⼦进程id，出错返回-1
1. 为何子进程返回 0，父进程返回子进程 pid？
父进程需通过子进程 pid 管理多个子进程（如用
wait/waitpid回收资源、获取退出状态），满足多子进程场景需求（如服务器、Shell）。子进程无需跟踪其他进程，返回 0 可快速标识自身角色（代码中用
pid==0判断子进程逻辑），且 0 是系统保留标识，不与其他进程 pid 冲突；子进程若需父进程 pid，可调用getppid()。
2. 为何 fork 函数有两个返回值？
父进程调用 fork 后，内核为子进程分配内核数据结构、复制父进程数据并将子进程加入进程列表。完成后，父子进程从 fork 返回指令处并发执行，内核分别为二者设置返回值：父进程获子进程 pid，子进程获 0，导致一次调用产生两个返回值。
3. 为何一个 id 既等于 0 又大于 0？
并非同一 id 兼具两值，而是 fork 返回的两个值分属父子进程。fork 后父子进程数据独立（写时拷贝），父进程中pid变量存子进程 pid（大于 0），子进程中pid变量存 0，是不同进程的独立变量值，代码中通过条件判断区分，无矛盾。
进程调⽤ fork ，当控制转移到内核中的 fork 代码后，内核做：
分配新的内存块和内核数据结构给⼦进程
将⽗进程部分数据结构内容拷⻉⾄⼦进程
添加⼦进程到系统进程列表当中
fork 返回，开始调度器调度
当⼀个进程调⽤fork之后，就有两个⼆进制代码相同的进程。⽽且它们都运⾏到相同的地⽅。但每个进程都将可以开始它们⾃⼰的旅程，看如下程序。
int main( void )
{
pid_t pid;
printf("Before: pid is %d\n", getpid());
if ( (pid=fork()) == -1 )perror("fork()"),exit(1);
printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);
sleep(1);
return 0;
}运行结果：
Before: pid is 43676
After:pid is 43676, fork return 43677
After:pid is 43677, fork return 0
父进程先执行：
首先输出
Before: pid is 43676，说明当前只有父进程（PID=43676）在运行调用
fork()创建子进程，内核为子进程分配 PID=43677
fork()后的并发执行：父进程中，
fork()返回子进程 PID（43677），因此输出After:pid is 43676, fork return 43677子进程中，
fork()返回 0，因此输出After:pid is 43677, fork return 0
关键结论：
fork()会复制父进程创建新进程，父子进程代码共享但数据独立子进程从
fork()返回处开始执行，不会重复执行之前的代码（如Before行）sleep(1)确保父子进程都能完成输出，避免父进程提前退出导致结果不完整
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，便以写时拷⻉的⽅式各⾃⼀份副本。具体⻅下图:
因为有写时拷⻉技术的存在,所以⽗⼦进程得以彻底分离离！完成了进程独⽴性的技术保证!
写时拷⻉,是⼀种延时申请技术,可以提⾼整机内存的使⽤率
fork 的常见用法与失败场景
fork的核心应用场景分为两类：
父子分工：父进程负责监听请求（如服务器监听端口），子进程处理具体任务（如处理客户端连接），避免父进程阻塞；
程序替换：子进程通过
fork复制父进程后，调用exec函数替换为新程序（如 Shell 执行ls命令时，会fork子进程并exec/bin/ls）。
fork调用失败的常见原因：
系统进程数超过内核限制（可通过/proc/sys/kernel/pid_max查看上限）；
普通用户的进程数超过
ulimit限制（可通过ulimit -u查看）。
进程终⽌
进程终⽌的本质是释放系统资源，就是释放进程申请的相关内核数据结构和对应的数据和代码
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
进程常⻅退出⽅法
正常终⽌（可以通过 echo $? 查看进程退出码）：
1. 从main返回
2. 调⽤exit
3. _exit
异常退出：
ctrl + c，信号终⽌
退出码
退出码（退出状态）可以告诉我们最后⼀次执⾏的命令的状态。在命令结束以后，我们可以知道命令是成功完成的还是以错误结束的。其基本思想是，程序返回退出代码 0 时表⽰执⾏成功，没有问题。代码 1 或 0 以外的任何代码都被视为不成功。
Linux Shell 中的主要退出码：
进程等待
进程等待必要性
之前讲过，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，进⽽造成内存
泄漏。另外，进程⼀旦变成僵⼫状态，那就⼑枪不⼊，“杀⼈不眨眼”的kill -9 也⽆能为⼒，因为谁也没有办法杀死⼀个已经死去的进程。
最后，⽗进程派给⼦进程的任务完成的如何，我们需要知道。如，⼦进程运⾏完成，结果对还是不对，或者是否正常退出。
⽗进程通过进程等待的⽅式，回收⼦进程资源，获取⼦进程退出信息
进程等待的⽅法
wait⽅法
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
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特性：阻塞等待 —— 若没有子进程终止，父进程会暂停执行，直到有子进程终止。
waitpid⽅法
pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
返回值：
当正常返回的时候waitpid返回收集到的⼦进程的进程ID；
如果设置了选项WNOHANG,⽽调⽤中waitpid发现没有已退出的⼦进程可收集,则返回0；
如果调⽤中出错,则返回-1,这时errno会被设置成相应的值以指⽰错误所在；
参数：
pid：
Pid=-1,等待任⼀个⼦进程。与wait等效。
Pid>0.等待其进程ID与pid相等的⼦进程。
status: 输出型参数
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）
options:默认为0，表⽰阻塞等待
WNOHANG: 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。
返回值规则：
成功：返回被等待子进程的 PID；
非阻塞时子进程未终止：返回 0；
失败：返回 - 1（如无该子进程）。
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，具体细节如下图（只研究status低16⽐特位）：
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main( void )
{
pid_t pid;
if ( (pid=fork()) == -1 )
perror("fork"),exit(1);
if ( pid == 0 ){
sleep(20);
exit(10);
} else {
int st;
int ret = wait(&st);
if ( ret > 0 && ( st & 0X7F ) == 0 ){ // 正常退出
printf("child exit code:%d\n", (st>>8)&0XFF);
} else if( ret > 0 ) { // 异常退出
printf("sig code : %d\n", st&0X7F );
}
}
}
输出结果：
测试结果：
# ./a.out #等20秒退出
child exit code:10
# ./a.out #在其他终端kill掉
sig code : 9status并非简单的整数，而是一个16 位的位图，存储了 “退出码” 和 “信号编号” 两类信息（仅需关注低 16 位）：
低 7 位：子进程终止的信号编号（若为 0，表示正常终止）；
高 8 位：子进程的退出码（仅当低 7 位为 0 时有效，即正常终止）；
第 8 位：
core dump标志（若为 1，表示进程异常终止时生成了核心转储文件）。