Linux基础知识 - 进程控制相关系统调用

系统调用：进程控制
fork系统调用
函数作用：创建一个子进程

形式：pid_tfork(void);

      pid_t vfork(void);

说明：使用vfork创子进程时，不会进程父进程的上下文

返回值：[返回值=-1]子进程创建失败

      [返回值=0]子进程创建成功

      [返回值>0]对父进程返回子进程PID

#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    pid_t id = fork();
    if (id < 0) {
        perror("子进程创建失败！");
    } else {
        if (id == 0) {
            printf("子进程工作:PID=%d,PPID=%d\n", getpid(), getppid());
        }else
        {
            printf("父进程工作:PID=%d,PPID=%d，子进程PID=%d\n", getpid(), getppid(),id);
            sleep(5)
        }
    }
}
控制台输出

父进程工作:PID=3173,PPID=2432，子进程PID=3176

子进程工作:PID=3176,PPID=3173

exit系统调用
函数作用：终止发出调用的进程

形式：voidexit(int status);

说明

1.      exit返回信息可由wait系统函数获得

2.      如果父进程先退出子进程的关系被转到init进程下

#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    pid_t id = fork();
    if (id < 0) {
        perror("子进程创建失败！");
    } else {
        if (id == 0) {
            printf("子进程工作:PID=%d,PPID=%d\n", getpid(), getppid());
            sleep(20);
            printf("此时子进程:PID=%d,PPID=%d\n", getpid(), getppid());
        }else
        {
            printf("父进程工作:PID=%d,PPID=%d，子进程PID=%d\n", getpid(), getppid(),id);
            sleep(5);
            exit(3);
        }
    }
    return 0;
}
控制台输出

父进程工作:PID=3068,PPID=2432，子进程PID=3071

子进程工作:PID=3071,PPID=3068

此时子进程:PID=3071,PPID=1

wait系统调用
函数作用：父进程与子进程同步，父进程调用后。进入睡眠状态，直到子进程结束或者父进程在被其他进程终止，

形式：pid_twait(int *status)

pid_t waitpid(pid_t pid ,int *status,int option)

参数：statusè exit是设置的代码

pid è进程号

option: WNOHANG|WUNTRACED

WNOHANG:,即使没有子进程退出,它也会立即返回,不会像wait那样永远等下去.
WUNTRACED:子进程进入暂停则马上返回,但结束状态不予以理会.

返回值：如果成功等待子进程结束，则返回子进程PID。后者为-1

用来检查子进程返回状态的宏

WIFEXITED这个宏用来指出子进程是否为正常退出的,如果是,它会返回一个非零值.

WEXITSTATUS当WIFEXITED返回非零值时,我们可以用这个宏来提取子进程的返回值

wait函数使用
#include <sys/types.h>
#include <sys/uio.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    pid_t cid;
    cid = fork();
    if (cid < 0) {
        perror("子进程创建失败！");
    } else {
        if (cid == 0) {
            printf("子进程工作\n");
            printf("子进程PID=%d,PPID=%d\n", getpid(),getppid());
            //sleep(20); //1
        } else {
            //wait(NULL);//2
            //sleep(20);//3
            printf("父进程工作\n");
            printf("父进程PID=%d,PPID=%d\n", getpid(),getppid());
        }
    }
    return 0;
}
针对上述代码作以下分析：

1.      当子进程退出时，如果父进程没有wait进行回收资源，子进程就会一直变为僵尸进程（Z）直到父进程退出

作法：

打开3处注释后执行程序，查看进程状态，如下

[root@localhostDebug]# ps -C Process -o pid,ppid,stat,cmd

PID PPID STAT CMD

12233 11563S  /root/workspace/Process/Debug/Process

12238 12233Z    [Process] <defunct>

=>可以看到子进程此时的状态时Z（僵尸进程）

控制台输出如下

子进程工作

子进程PID=12238,PPID=12233

（20S后…..）

父进程工作

父进程PID=12233,PPID=11563

2.      使用wait进行进程同步，父进程直到子进程退出，wait才会结束等待

作法：

打开1，2处注释后执行程序，查看进程状态，如下

[root@ Debug8$] ps -C Process -o pid,ppid,stat,cmd

PID PPID STAT CMD

3425 2432 S  /root/workspace/Process/Debug/Process

3430 3425 S  /root/workspace/Process/Debug/Process

=>父进程与子进程都处于sleep状态

控制台输出如下

子进程工作

子进程PID=3430,PPID=3425

（20S后…..）

父进程工作

父进程PID=3425,PPID=2432

3. 使用wait进行进程同步，子进程退出后，父进程结束wait等待，同时清空子进程信息，此时子进程不再是僵尸进程

作法：

打开2，3处注释后执行程序，查看进程状态，如下

[root@localhostDebug]# ps -C Process -o pid,ppid,stat,cmd

 PID PPID STAT CMD

1250611563 S  /root/workspace/Process/Debug/Process

=>可以看到此时只有父进程信息

控制台输出如下

子进程工作

子进程PID=12511,PPID=12506

（20S后…..）

父进程工作

父进程PID=12506,PPID=11563

WEXITSTATUS与WIFEXITED宏的使用
#include <sys/types.h>
#include <sys/uio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    pid_t cid;
    int pr, status;
    cid = fork();
    if (cid < 0) {
        perror("子进程创建失败！");
    } else {
        if (cid == 0) {
            printf("子进程工作PID=%d,父进程PID=%d\n", getpid(),getppid());
            sleep(20);
            exit(3);
        } else {
            pr = wait(&status);
            if (WIFEXITED(status)) {
                printf("父进程工作PID=%d\n", getpid());
                printf("WAIT返回值=%d\n", pr);
                printf("子进程正常退出PID=%d\n", getpid());
                printf("WIFEXITED(status)=%d\n", WIFEXITED(status));
                printf("WEXITSTATUS(status)=%d\n", WEXITSTATUS(status));
            } else {
                printf("子进程异常退出PID=%d,信号=%d\n", getpid(), status);
                printf("WAIT返回值=%d\n", pr);
            }
        }
    }
    return 0;
}
基于上面代码做出分析：

1.      子进程正常退出

控制台输出信息如下：

子进程工作PID=12070,父进程PID=12069

（20S后…..）

父进程工作PID=12069

WAIT返回值=12070

子进程正常退出PID=12069

WIFEXITED(status)=1

WEXITSTATUS(status)=3

2.      子进程异常退出

作法：

运行程序，在子进程SLEEP期间，杀死子进程

[root@localhost Debug]# kill -9 11990

控制台台输出如下

子进程工作PID=11990,父进程PID=11985

（kill -9 PID 杀死子进程）

子进程异常退出PID=11985,信号=9

可以看出子进程正常退出时，status返回值是exit的退出值，子进程异常退出时status返回值信号值

waitpid函数使用
waitpid的参数说明

参数pid的值有以下几种类型:
pid>0时,只等待进程ID等于pid的子进程,不管其它已经有多少子进程运行结束退出了,只要指定的子进程还没有结束,waitpid就会一直等下去.
pid=-1时,等待任何一个子进程退出,没有任何限制,此时waitpid和wait的作用一模一样.
pid=0时,等待同一个进程组中的任何子进程,如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid不会对它做任何理睬.
pid<-1时,等待一个指定进程组中的任何子进程,这个进程组的ID等于pid的绝对值.

参数options的值有以下几种类型:
如果使用了WNOHANG参数,即使没有子进程退出,它也会立即返回,不会像wait那样永远等下去.
如果使用了WUNTRACED参数,则子进程进入暂停则马上返回,但结束状态不予以理会.
如果我们不想使用它们,也可以把options设为0,如:ret=waitpid(-1,NULL,0);

WNOHANG使用
#include <sys/types.h>
#include <sys/uio.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    pid_t cid;
    int pr, status;
    cid = fork();
    if (cid < 0) {
        perror("子进程创建失败！");
    } else {
        if (cid == 0) {
            printf("子进程工作PID=%d\n", getpid());
            sleep(5);
            exit(3);
        } else {
            do{
                pr = waitpid(0,&status, WNOHANG);
                if(pr==0)
                {
                printf("没有子进程退出,继续执行..\n");
                sleep(1);
                }
            }while(pr==0);
            printf("子进程正常退出PID=%d\n", pr);
        }
    }
    return 0;
}
控制台输出：

没有子进程退出,继续执行..

子进程工作PID=3632

没有子进程退出,继续执行..

没有子进程退出,继续执行..

没有子进程退出,继续执行..

没有子进程退出,继续执行..

子进程正常退出PID=3632

针对某一进程进行等待
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    pid_t cid;
    int pr, status;
    cid = fork();
    if (cid < 0) {
        perror("子进程创建失败！");
    } else {
        if (cid == 0) {
            printf("子进程工作PID=%d,PPID=%d\n", getpid(), getppid());
            sleep(20);
            exit(3);
        } else {
            pr = waitpid(cid, &status, 0);
            printf("父进程正常退出PID=%d\n", pr);
        }
    }
    return 0;
}
控制台输出

子进程工作PID=4257,PPID=4252

父进程正常退出PID=4257

WUNTRACED 使用
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
    pid_t cid;
    int pr, status;
    cid = fork();
    if (cid < 0) {
        perror("子进程创建失败！");
    } else {
        if (cid == 0) {
            printf("子进程工作PID=%d,PPID=%d\n", getpid(), getppid());
            sleep(30);
            exit(3);
        } else {
            pr = waitpid(cid, &status, WUNTRACED);
            printf("父进程正常退出PID=%d,status=%d\n", pr,status);
        }
    }
    return 0;
}
作法：在子进程SLEEP时，通过SHELL命令停止子进程

[root@ ~ 6$] kill -STOP PID

控制台输出

子进程工作PID=4110,PPID=4108

(SLEEP期间，停止子进程)

父进程正常退出PID=4110,status=4991

在查看进程状态，发现此时父进程子进程都已经退出

[root@ Debug 13$] ps -C Process -opid,ppid,stat,cmd

PID  PPID STAT CMD

exec系统调用
函数作用：以新进程代替原有进程，但PID保持不变

形式:

int execl(const char *path, const char*arg, ...);

int execlp(const char *file, const char*arg, ...);

int execle(const char *path, const char*arg, ..., char * const envp[]);

int execv(const char *path, char *constargv[]);

int execvp(const char *file, char *constargv[]);

int execve(const char *path, char *constargv[], char *const envp[]);

举例：

exec1.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
  printf("这是第一个进程PID=%d\n",getpid());
  execv("e2",NULL);
  printf("asa");
  return 0;
}
exec2.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
  printf("这是第二个进程PID=%d\n",getpid());
}
运行结果：

[root@ Process 9$] gcc -o e1 exec1.c

[root@ Process 10$] gcc -o e2 exec2.c

[root@ Process 11$] ./e1

这是第一个进程PID=3051

这是第二个进程PID=3051