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【Linux】进程控制

2026-10-31 07:54:48 来源：互联网转载

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进程的退出场景

进程的退出的三种场景。
exict
_exit
进程的退出
进程wait

进程wait是什么？
为什么要让父进程等待？
如何让父进程进行等待？
waitpid

waitpid介绍
获取子进程的status
异常信号

阻塞等待与非阻塞等待

进程的退出场景

进程的退出的三种场景。

代码运行完毕，结果正确。
代码运行完毕，结果错误。

代码异常终止。

想必我们在写C语言的时候，在main函数后面都会写上 return 0 ，那么为什么偏偏是return 0呢？而不是return 其他数字呢？因为main函数的return值是进程的退出码！

而退出码分两者情况：

0 ：正常退出。

!0 ：结果不正确。

那么为什么 0是正常的，非0是不正确的？打个比方，假如你小时候有次考试，考了100分。你回家后，你爸爸会问你为什么考了100分吗？那肯定是因为你认真努力对不对？这是正确的结果，所以你父亲不会问你为什么考100分。但如果此时你考了20分回家，你爸会问你为什么考了20分？这时候就有很多种可能性，可能是昨晚没睡好，也可能是你发烧了… 然后你父亲会根据这些可能性对症下药。所以C进程也有很多的退出码，而strerror函数可以通过退出码来获取对应的字符串。让我们遍历一下这些退出码，来看看这些退出码对应的错误可能。

#include#includeint main(){    for(int i = 0 ; i    我们可以看到退出码的数量，有135个之多。而每个退出码都对应着一种错误。
 exict
 而还有一种退出方式，就是exict()强制终止。而这个函数要传的参数也是一个退出码。我们可以用 echo $?查看程序的退出码。我们写一个这样的程序。
 #include#include   void fun(){   exit(100);}   int main(){    fun();                                  return 0;                              }   
 我们执行这个程序，然后查看退出码。
  所以，exit是一个强制终止的函数，传进去的参数则是这个进程的退出码
 _exit
 我们先来看看两段代码：
 #include#includeint main(){printf("hello");return 0;}
 #include#includeint main(){printf("hello");exit(0);}
 我们会发现这两段代码都会输出hello
  当这个进程的时候，hello还在缓冲区当中，为什么可以输出hello？这是因为main函数return和exit都会在进程结束之前刷新缓冲区。所以我们可以看到hello。那么我们换成_exit试试呢？
 #include#include#includeint main(){printf("hello");_exit(12);}
 程序运行后，我们可以发现退出码是12，但程序并没有打印hello，这是因为**_exit终止进程不会刷新缓冲区！！**
  exit,return和_exit的区别
 return：在main函数中代表程序退出，返回值为退出码，退出前会刷新缓冲区。在非main函数中是一个函数调用。
 exit：在任何地方使用都代表进程退出，并会刷新缓冲区，参数就是退出码。
 _exit：在任何地方使用都代表进程退出，但不会进行程序后序的收尾工作，比如刷新缓冲区… 参数也是退出码。
 进程的退出
 进程退出的时候，操作系统做了什么？在操作系统层面，就是少了一个进程：free PCB ， free mm_struct 地址空间,free 页表和各种映射关系以及代码和数据。
 进程wait
 我们从三个问题来剖析进程wait，进程wait是什么？为什么要有进程wait？怎么解决僵尸问题？
 进程wait是什么？
 我们都知道fork()可以创建一个子进程。那么创建这个子进程是为了什么？当然是为了帮助父进程完成某种任务。但有没有这样一种情况，那就是父进程比子进程先挂掉？所以为了避免这个问题，我们就需要进程wait，也就父进程等待子进程。
 我们先来看下面一段代码：
 #include#include#includeint main(){    int sum = 0;    int pid = fork();    if(pid == 0)    {        //child        for(int i = 1 ; i  如上这个代码，父进程比子进出先挂掉了，那么为了不让父进程挂掉，我们需要用wait来等待子进程。而wait函数在一个 sys/wait.h的头文件中。
 #include#include#include#includeint main(){    int sum = 0;    int pid = fork();    if(pid == 0)    {        //child        for(int i = 1 ; i  现在，父进程就会等子进程结束，才会继续执行。
  wait() 的返回值
 wait()也有返回值，如果wait等待失败，那么wait会返回-1。
 为什么要让父进程等待？
 1.通过获取子进程退出的信息，能够得知子进程执行结果。
2.可以保证：时序问题，子进程先退出，父进程后退出。
3.进程退出的时候会进入僵尸状态，会造成内存泄漏的问题，需要通过父进程wait，释放子进程占用的资源。
 另外，进程一旦变成僵尸状态，那么它将刀枪不入，即使是"杀人不眨眼的" kill -9命令，也无法奈何它，因为谁也没有办法杀***一个已经***去的进程。
 如何让父进程进行等待？
 我们先来看下面这一段代码。
 #include#include#include#include#includeint main(){  int pid = fork();  if(pid == 0)  {    int cmt = 5;    while(cmt--)    {      printf("i am child\n");      sleep(1);    }    exit(0);//子进程结束  }  sleep(10);  printf("father wait begin\n");//父亲开始等待  wait(NULL);    sleep(10);  return 0;}
 然后我们来测试一下。
 刚开始的时候，我们的子进程处于S状态，也就是休眠状态。
  当子进程结束，但父进程还在休眠时，子进程变成了僵尸状态
  当父进程结束休眠，开始wait时。我们会发现子进程消失了。
  所以我们可以发现：父进程等待，是可以回收掉僵尸进程的。
 waitpid
 waitpid介绍

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:
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:
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。
如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退出信息。
如果在任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞。
如果不存在该子进程，则立即出错返回。
waitpid(pid_t pid, int *status, int options) 的第一个参数，可以是进程的Pid，这样是指定等待某个进程。也可以是-1，-1是等待任意控制的一个进程。而第二个参数 *status 是一个整形的指针，我们需要传一个整形的地址给它，它代表着子进程的退出情况。所以最终一定要通过status来获取子进程的退出结果。

获取子进程的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）：
  status是一个整形，可以用来反馈程序退出的三种状，程序退出结果正确，程序退出结果不正确，程序异常崩溃。而它的三种状态都在它的低16位上进行表示。而高16位我们暂且无视。0 - 7 位用来表示终止信号，8-15位用来表示退出码。当程序正常退出时，我们只看8-15位。当程序异常退出时，我们只看0-8位。
  
  异常信号
  
  那代码异常终止的本质是什么呢？是因为进程收到了某种信号。如果进程没有收到信号，那么进程是正常的跑完的，此时再回有退出码。如果进程收到信号，那么此时就不关心退出码。
  
  如何获取子进程的退出码和信号呢？
  
  还是这张图，它的前8位是退出码，后七位是收到信号。当然，如果正常退出，则收到的信号为0。如果收到信号，那么前8位就无法使用。
  
  所以我们要求出退出码很简单，直接 (status>>8)& 1111 1111。也就获取前8位，获取退出信号就是后七位，我们直接 status& 0111 1111即可。那么我们写一段代码来测试一下。
  
  子进程正常退出的情况
```
#include#include#include#include#includeint main(){  int pid = fork();  if(pid == 0)  {    sleep(1);    exit(100);//退出码  }    int status = 0;  waitpid(pid,&status,0);  printf("child pid : %d, status code : %d, status signal:%d\n",pid,status>>8&0xFF,status&0x7F); //打印退出码及信号  return 0;}
```
  进程正常结束的话，不会收到信号，所以信号值为0。
  
  子进程异常终止的情况
  
  那么我们试试异常退出的情况呢？我们在子进程退出前加上一句代码 int a = 5 /0; ，除于0，这个异常够大吧！
```
#include#include#include#include#includeint main(){  int pid = fork();  if(pid == 0)  {    sleep(1);    int a = 5/0;//故意制造异常    exit(100);//退出码  }    int status = 0;  waitpid(pid,&status,0);  printf("child pid : %d, status code : %d, status signal:%d\n",pid,status>>8&0xFF,status&0x7F); //打印退出码及信号  return 0;}
```
  我们执行后发现退出码变成0了，可是我们的退出码之前设置的是100。这就意味着这个程序根本就没有退出码！因为退出码是程序正常结束的时候才有。而异常终止则不会有退出码，而我们可以看到，我们的进程收到了一个为8的信号。
  
  然后我们用 kill -l 来查看信号。
  
  当然，这样子位运算计算退出码或者状态码是不是太麻烦了呢？我们可以直接用对应的宏即可。
  - 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）
    代码：
```
#include#include#include#include#includeint main(){  int pid = fork();  if(pid == 0)  {    sleep(1);    exit(100);  }    int status = 0;  waitpid(pid,&status,0); // printf("child pid : %d, status code : %d, status signal:%d\n",pid,status>>8&0xFF,status&0x7F);  if(WIFEXITED(status))  {    //如果进来说明正常退出    printf("exit code:%d\n",WEXITSTATUS(status));  }   else   {       printf("get a signal!");   }  return 0;}
```
    阻塞等待与非阻塞等待
    
    我们的waitpid 还有第三个参数，而这第三个参数如果为0则是阻塞等待，如果为 WNOHANG(宏) ，那么则是非阻塞等待。
    
    什么是阻塞等待和非阻塞等待?
    
    举个例子，假如你有事情要请张三帮忙，你呢给他打电话。这时候张三说:我现在有事，你等我一下啊。然后就让你等他，那么你怎么等呢？如果是阻塞等待，那么就是你让他电话别挂电话，要观测他的一举一动。如果是非阻塞等待，那么就是挂掉电话，过一会再来问。还没好就再挂掉电话，过一会再过来问…
    
    简单来说，阻塞等待就是父进程一直在那干等着，什么也不做。而非阻塞等待就是父进程隔一段时间来监测一下子进程的状态，子进程还没结束就再隔一段时间来看一下子进程。直到子进程结束。
    
    阻塞等待的代码演示：
```
#include#include#include#include#includeint main(){  int pid = fork();  if(pid == 0)  {    int cmt = 5;    while(cmt--)    {      printf("i am child,time  = %d\n",cmt);      sleep(1);    }    exit(0);  }  //parent  int status = 0;  waitpid(pid,&status,0);//阻塞等待  printf("father wait end\n");  return 0;}
```
    非阻塞等待的代码演示：
```
#include#include#include#include#includeint main(){  int pid = fork();  if(pid == 0)  {    int cmt = 5;    while(cmt--)    {      printf("i am child,time  = %d\n",cmt);      sleep(1);    }    exit(0);  }  //parent  int status = 0;  int ret = 0;  while(ret==0)  {  ret =  waitpid(pid,&status,WNOHANG); //返回值为0则正常退出  printf("i am father\n");  sleep(1); //每1秒监测一下子进程  }  return 0;}
```
    阻塞的本质，起始就是进程的PCB被放入了等待队列，并讲进程设置为S状态。返回的本质就是把进程的PCB从等待队列拿到运行队列。从而被CPU调度。

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