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进程控制（创建、终止）

news 2025/11/3 10:10:19

一、进程创建

1.1 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！！！

想象一下，如果你有一项繁重的工作，自己一个人忙不过来，这时你可以施展 “分身术”，创造出一个和自己一模一样的分身来帮你干活。在 Linux 中，fork函数就拥有这样的 “分身术”，它能从已存在的进程（父进程）中创建一个新进程（子进程）。

当进程调用fork后，内核会完成一系列关键操作：

为子进程分配新的内存块和内核数据结构。就像给分身准备一个独立的工作空间和身份档案。
将父进程部分数据结构内容拷贝到子进程。让分身拥有和自己相似的初始状态，比如相同的代码和数据。
把子进程添加到系统进程列表中。让操作系统知道这个新 “工人” 的存在，以便进行调度。
之后，fork函数返回，父子进程就会被调度器调度，开始各自的 “工作”。

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。但每个进程都将开始开始它们自己的进程，看如下程序：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>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;
}

可以看到，“Before” 只打印了一次，而 “After” 打印了两次。这是因为在fork调用之前，只有父进程在执行，所以 “Before” 只输出一次；fork调用之后，父进程和子进程各自独立执行，所以 “After” 会分别在两个进程中输出。而且，父进程中fork返回的是子进程的 ID（10042），子进程中fork返回的是 0。

需要注意的是，fork之后，父进程和子进程谁先执行，完全由操作系统的调度器决定，我们无法预知。

1.2 fork函数返回值

1.3 写时拷贝

你可能会好奇，fork创建子进程时，会把父进程的数据都拷贝一份，那如果父子进程都不修改这些数据，岂不是浪费了内存空间？Linux 系统采用了 “写时拷贝”（Copy-On-Write）技术来解决这个问题。

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：

简单来说，在fork创建子进程后，父子进程的代码段和数据段在物理内存中是共享的，它们的页表项都指向相同的物理内存页，并且这些页表项被标记为 只读。当任意一方试图修改数据时，CPU 会触发一个页错误（Page Fault），这时内核会为修改方拷贝一份新的物理内存页，并更新其页表项，使其指向新的物理内存页。这样一来，只有在真正需要修改数据时才进行拷贝，大大提高了内存的利用率。

就好比你和你的分身共用一份文件，平时你们都只是阅读文件内容，不需要各自拥有一份副本；只有当其中一人想要修改文件时，才会复制一份新的文件进行修改，避免影响到对方。

因为有写时拷贝技术的存在，所以父子进程得以彻彻底底分离！！！完成了进程独立性和技术保证！！！写时拷贝，是一种延时申请技术，可以提高整机内存的使用率！！！

1.4 fork的常规用法

1. 父进程希望复制自己，让父子进程同时执行不同的代码段。比如，在服务器程序中，父进程负责监听客户端的连接请求，当有新的请求到来时，就创建一个子进程来处理这个请求，父进程则继续监听后续的请求。

2. 一个进程要执行一个全新的程序。这时，子进程在fork返回后，会调用exec系列函数来替换自己的代码和数据，执行新的程序。

1.5 fork 调用失败的原因

1. 系统中已经存在太多的进程，没有足够的资源来创建新的进程。

2. 实际用户的进程数超过了系统规定的限制。

二、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 ~

2.1 进程退出场景

进程退出主要有三种场景：
代码运行完毕，结果正确。这是最理想的退出场景，就像 “工人” 高质量地完成了任务。
代码运行完毕，结果不正确。比如程序计算出的结果不符合预期，这可能是由于程序逻辑错误导致的。
代码异常终止。比如程序运行过程中遇到了除以零、访问非法内存等错误，或者收到了终止信号（如Ctrl + C）。

2.2 进程常见退出方法

根据进程退出的场景不同，退出方法也有所区别，主要分为正常终止和异常终止两类。

1）main函数中返回 : main函数的返回值就是进程的退出码，比如return 0表示进程正常退出，return 1表示进程异常退出。

为什么代码运行完毕， 结果不正确，为什么返回非 0 ，而正确为什么是0 ？

整数类型函数不写返回值，系统默认返回 0

在C语言中，如果一个返回值类型为整数（比如 int ）的函数，在函数体末尾没有写return 语句，编译器会默认让它返回 0

函数内部的变量（比如局部变量）是 “临时” 的 —— 函数执行结束后，这些变量会被销毁，内存会被回收。那return是怎么把值 “传出去” 的呢？

这是因为函数的返回值会被暂存到 CPU 的「寄存器」中（可以理解为 CPU 内部的 “临时小内存”）。当函数执行完return 数值后，这个数值会被放到寄存器里；函数退出后，调用方再从寄存器中把数值取出来，赋值给外部变量。

“mov语句” 是汇编层面的指令，意思是 “把数值从一个地方移动到另一个地方”。比如函数b()执行return 1，汇编指令会是 mov eax, 1（把1放到eax寄存器里）；当a()调用b()后，会执行 mov 0x123, eax（把eax里的1移动到a()里的变量0x123对应的内存中）.