Linux进程控制详解：创建终止与等待

Linux进程控制详解涵盖了进程的创建、终止与等待等关键操作。通过fork函数，操作系统内核创建子进程并复制父进程的地址空间，利用写时拷贝机制实现高效的资源共享。进程终止可以通过main函数返回值、exit和_exit函数实现，退出码告知父进程子进程的结束状态。进程等待是通过wait和waitpid系统调用实现的，确保父进程获取子进程的执行结果，避免僵尸进程的出现。本文详细解析了这些机制及其实现原理，为深入理解Linux进程管理提供了全面指导。

一、进程创建

1.1 fork函数

在调用fork函数之后，操作系统内核会执行以下操作：

1. 在fork返回之前，内核会创建子进程的进程控制块（PCB）数据结构，并复制父进程的地址空间和页表。此时，页表设置为只读，一旦进行修改就会触发写时拷贝机制。

2. 在修改之前，父子进程的虚拟地址是相同的，并且映射到相同的物理地址。

3. 将子进程的PCB加入到调度队列中，子进程从此开始独立运行。

1.2 写时拷贝

1.3 fork函数的作用

fork函数的主要作用是创建一个新的子进程，该子进程是父进程的一个副本。

1.4 fork创建失败的原因

1. 系统中已有太多的进程（系统进程限制）。

2. 用户拥有的进程数量超过了限制（用户进程限制）。

二、进程终止

2.1 进程正常结束

2.2 main函数返回值

虽然main函数是程序的主函数，但它也是一个函数，其返回值用于告知操作系统程序是否正常结束。

2.3 退出码

1. 退出码的作用是告知父进程子进程的退出状态，即子进程是正常结束还是因错误而终止。

2. 为什么使用退出码来判断进程是否出错，而不直接使用printf？

   虽然printf可以用于错误检查，但并没有规定必须使用printf来检查错误。退出码适合计算机处理，而字符串错误信息则是为人类阅读设计的，因此通常会将其转换为字符串。

3. 父进程为什么要关心子进程的状态？

   父进程需要知道子进程的执行结果，以便决定后续的操作。

4. 全局变量errno

errno用于存储最后一次的错误码。为什么说是“最后一次”？因为进程在运行过程中可能会进行多次系统调用或函数调用，并不是发生一次错误就会立即退出，所以会涉及“最后一次”的概念。

2.4 库函数exit(int)

status是进程的退出状态，可以使用exit函数以status的状态退出。

2.5 系统调用接口_exit(int)

_exit(int)与exit(int)的用法相同，但内部有一些区别。exit是封装了_exit的，在调用_exit之前，exit会执行其他操作进行资源清理。

因此，exit比_exit多了一层重要的工作，即刷新缓存。我们还可以得出另一个结论：缓冲区绝对不在内核区！因为如果在内核区，系统调用的_exit在终止时也会刷新缓冲区。现代操作系统不会浪费时间和空间，所以缓冲区不是由内核维护，而是由用户区维护。（_exit根本看不到缓冲区，所以这项工作只能由exit完成）

2.6 异常终止

一旦程序发生异常，程序就会直接中断，但异常是事先知道的条件，比如不能除以0。一旦发生异常，就不会正常接收退出码，且退出码不再有意义。

就像我们平时考试一样，考得好不好是一回事，作弊被抓到是另一回事，一旦发生就不会有结果了。

野指针

野指针实际上是非法访问了内存空间，即虚拟地址在页表中找不到，或者是只读的，最后会转化为硬件信号给操作系统。

三、进程等待

3.1 什么是进程等待

进程等待实际上是让一个进程进入阻塞状态。

3.2 为什么要进程等待

1. 我们创建子进程是为了让它执行其他任务，有时我们需要知道子进程的结果，以便继续执行后续代码。此时需要等待子进程完成任务，并获取子进程的退出码以了解其完成情况。

2. 避免僵尸进程：如果子进程先于父进程结束，会进入僵尸状态，导致进程卡死无法回收。因此，我们需要阻塞父进程，让它等待子进程完成，从而避免僵尸状态。

3.3 如何进行进程等待

可以通过两个系统调用来实现：wait和waitpid接口。

3.4 wait接口

status参数

为什么不使用全局变量来获取子进程的退出状态？

因为父子进程一旦一方修改资源就会发生写时拷贝，进程具有独立性，双方看不到同一个status。

3.5 waitpid接口

输出型参数status

waitpid的输出型参数不仅可以使用一个普通整数变量，还可以使用宏定义。

选项

返回值：

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