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进程控制(Linux)

news 2025/9/22 14:51:52

fork函数初始

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值：自进程中返回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贝至子进程
  • 添加子进程到系统进程列表当中
  • fork返回，开始调度器调度
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{printf("begin\n");fork();printf("after\n");return 0;
}

fork之前，父进程运行；fork之后，创建子进程，调度器决定父子进程谁先被调用。

写时拷贝细节

当fork之后，父子进程共享代码，但是对数据任意一方进行修改，都会触发写时拷贝。可是，是如何触发的呢？操作系统又是如何得知的呢？这和页表的权限位有关，读写和可执行。操作系统在创建子进程的时候，会把数据的写权限取消掉，保留读的权限；当你要对这部分数据进行写入的时候，操作系统就会感知到，由于这部分是数据，操作系统不会异常结束进程，而是会再给你开辟一块空间，写入数据，这就是写时拷贝。

虚拟内存，地址空间，进程地址空间，程序地址空间这些名字实际上都是一个东西，那就是进程地址空间，这也是最准确的叫法。

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

进程常见退出方法：

  • return结束
  • exit
  • _exit

查询最近一次退出码：

echo $?

exit

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{printf("Linxu");exit(11);return 0;
}

_exit

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{printf("Linxu");_exit(12);return 0;
}

return 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{printf("Linxu");return 0;
}

return 语句会在进程结束后，返回一个数字，叫退出码。告诉父进程，子进程的运行情况。C语言也会使用errno全局变量记录最近一次调用函数的情况。默认认为0是成功运行，其他值则是有异常。exit和_exit会设置退出码，发送信号，结束进程。

野指针，在操作系统上看就是，访问到了非写权限的地址，操作系统做出回应，终止进程。

因此，我们也可以使用指令kill搭配选项终止进程。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{while(1){printf("pid : %d\n",getpid());sleep(1);}return 0;
}

使用kill -11 终止上面进程，即使该进程代码没问题，我也能通过发送信号，告诉操作系统该进程不正常，从而异常结束。

所以，进程是否能正常退出，除了代码的语法和逻辑有关，还和进程的维护有直接关系。总而言之，如果你的进程被黑了，权限被改了，那么你的代码就形同虚设了。

exit和_exit函数都是设置退出码，结束进程。那两者有什么区别呢？exit是库函数，而_exit是系统调用接口。exit在清理掉缓冲流等之后，接着调用_exit函数结束进程；而_exit直接就结束进程。

进程等待

僵尸进程情况：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
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{while(1){printf("i am father, pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());sleep(1);}}return 0;
}

查询指令：

while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep testwait | grep -v grep;sleep 1;echo "------------";done

wait结束进程

包含的头文件

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

创建10个进程，使用wait回收进程

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

进程替换

execl代码 执行可执行程序

单进程

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{printf("begin: i am a process  pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());//这类方法的标准写法execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);printf("after: i am a process  pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());return 0;
}

原理：旧程序的代码和数据被切换成新程序的代码和数据，不替换环境变量

多进程

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{pid_t id = fork();if(id == 0){ printf("begin: i am a process  pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());//这类方法的标准写法execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);printf("after: i am a process  pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());//exit(0);}//fatherelse{pid_t ret = waitpid(id,NULL,0);if(ret > 0){printf("wait success, father pid:%d, ret:%d\n",getpid(),ret);}}return 0;
}

程序替换接口

在Linux中一共有7个程序替换接口，6个库函数接口，1个系统接口execve；

7个接口没有本质区别，都是直接操作进程。不仅c和c++可执行程序可以被调用，像脚本语言，python，java等等语言都可以被调用，因为这些语言在操作系统看来就是一个个进程，没有区别。python也有类似execl接口的函数，只不过使用python语言进行包装，底层还是调用execl接口。

以ls指令为例，如下图解释：

这里参数的作用就是确定一个程序的路径，其次是执行方法，再次就是其他参数，如命令行参数

这6个库函数，带p的函数，指定环境变量PATH；带v的函数，使用字符数组传递后面的参数，不使用可变参数；带e的参数，可以传递环境变量；

上面我执行的ls指令是内部程序，外部程序也可以执行，如下面的代码：

otherExe可执行程序：

#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{cout <<"helo Linux C++" <<endl;return 0;
}

mycommand可执行程序：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
//#include <sys/types.h>
int main()
{pid_t id = fork();if(id == 0){ printf("begin: i am a process  pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());//这类方法的标准写法execl("./otherExe","otherExe",NULL);printf("after: i am a process  pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());exit(0);}//fatherelse{pid_t ret = waitpid(id,NULL,0);if(ret > 0){printf("wait success, father pid:%d, ret:%d\n",getpid(),ret);}}return 0;
}

运行结果：

在mycommand程序中调用execl函数，进行程序替换，运行otherExe函数；注意这里是多进程，子进程和父进程互不影响，并发运行。环境变量不会被替换，环境变量具有全局属性，进程在被创建时，就存在了。虽然环境变量也属于数据，但是进程替换并不会替换环境变量，否则父子关系无法保证，该进程无法回收。

vim工具一次编译多个文件

.PHONY:all
all:otherExe mycommand
mycommand:mycommand.cgcc -o $@ $^
otherExe:otherExe.ccg++ -o $@ $^ -std=c++11 
.PHONY:clean
clean:rm -rf mycommand otherExe

上面execl替换外部程序的代码，我们可以使用简便的指令，实现一次编译多个文件，方法如上图的vim代码。

Linux形成的可执行程序是有格式，ELF，有表头，会存储进程入口地址，execl就是依靠这个地址实现进程替换。

如何上传环境变量：

  • 新增环境变量：使用putenv，把环境变量上传到调用进程的上下文中。
  • 覆盖环境变量：使用execl式的接口，要求末尾带e，如execle

覆盖环境变量

#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc,char* argv[],char* env[])
{cout <<"helo Linux C++" <<endl;int i = 0;cout <<"命令行参数" << endl;for(;argv[i]; i++){cout << i << " " << argv[i] << endl;}i = 0;for(; env[i]; i++){cout <<i << " " << env[i] <<endl;}return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{//putenv("MYENV=123456");pid_t id = fork();if(id == 0){ printf("begin: i am a process  pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());char* const myenv[] = {"MYVAL=123","MYPATH=/usr/bin/XXX",NULL};execle("./otherExe", "otherExe", "-a", "-b", NULL, myenv);printf("after: i am a process  pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());exit(0);}//fatherelse{pid_t ret = waitpid(id,NULL,0);if(ret > 0){printf("wait success, father pid:%d, ret:%d\n",getpid(),ret);}}return 0;
}

新增环境变量

#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc,char* argv[],char* env[])
{cout <<"helo Linux C++" <<endl;int i = 0;cout <<"命令行参数" << endl;for(;argv[i]; i++){cout << i << " " << argv[i] << endl;}i = 0;for(; env[i]; i++){cout <<i << " " << env[i] <<endl;}return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{putenv("MYENV=123456");pid_t id = fork();if(id == 0){ printf("begin: i am a process  pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());char* const myenv[] = {"MYVAL=123","MYPATH=/usr/bin/XXX",NULL};execl("./otherExe", "otherExe", "-a", "-b", NULL);printf("after: i am a process  pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());exit(0);}//fatherelse{pid_t ret = waitpid(id,NULL,0);if(ret > 0){printf("wait success, father pid:%d, ret:%d\n",getpid(),ret);}}return 0;
}

总结：

exec系列函数：

  • l代表列表，参数使用列表一个个传参
  • v代表vector，参数使用数组传参
  • p代表PATH环境变量
  • e代表env环境变量

6个库函数只在参数上有区别，本质一样，底层最终都会调用一个系统调用接口execve

http://www.dtcms.com/a/394542.html

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