Linux 进程控制

一、进程创建

1. fork () 函数

• 函数原型：
  #include <unistd.h>
  pid_t fork(void);
  

• 返回值：
  • 对父进程：返回子进程的 PID（正数）；
  • 对子进程：返回 0；
  • 失败：返回 -1（如内存不足、进程数达上限）。
• 原理：
  fork() 会为子进程复制父进程的 PCB（进程控制块）、地址空间（代码段、数据段、堆、栈等），但父子进程共享文件描述符（如打开的文件）。
  注意：fork() 后，父子进程并发执行，执行顺序由操作系统调度器决定，不确定。
• 示例：
  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  int main() {
      pid_t pid = fork();
      if (pid < 0) {  // 失败
          perror("fork error");
          return 1;
      } else if (pid == 0) {  // 子进程
          printf("我是子进程，PID：%d，父进程PID：%d\n", getpid(), getppid());
      } else {  // 父进程
          printf("我是父进程，PID：%d，子进程PID：%d\n", getpid(), pid);
      }
      return 0;
  }
  

2. vfork () 函数

• 子进程共享父进程的地址空间（不复制），即父子进程操作同一块内存；
• 子进程优先运行，直到子进程调用 exit() 或 exec 系列函数后，父进程才会恢复运行。

二、进程终止

1. 正常终止

• main 函数返回：return n 等价于 exit(n)（会触发 exit 函数）。
• 调用 exit ()：标准库函数，会先刷新缓冲区（如 printf 的输出缓冲区），再调用 _exit() 终止进程。
• 调用 _exit ()/_Exit ()：系统调用（或标准库的底层实现），直接终止进程，不刷新缓冲区。
• exit 与 _exit 的区别：
  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  #include <stdlib.h>
  int main() {
      printf("Hello");  // 缓冲区未刷新（默认行缓冲，无换行符）
      exit(0);         // 会刷新缓冲区，输出 "Hello"
      // _exit(0);     // 不刷新缓冲区，无输出
  }
  

2. 异常终止

• 手动输入 Ctrl+C（触发 SIGINT 信号）；
• 访问非法内存（触发 SIGSEGV 信号）；
• 除以 0（触发 SIGFPE 信号）。

三、进程等待

1. wait () 函数

• 功能：阻塞等待任意一个子进程终止，回收其资源。
• 原型：
  #include <sys/wait.h>
  pid_t wait(int *status);  // status 用于接收子进程的退出状态
  

• 返回值：成功返回终止的子进程 PID；失败返回 -1（如无子进程）。

2. waitpid () 函数

• 原型：
  pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
  

• 参数：
  • pid：指定等待的子进程（pid > 0 等待 PID 为 pid 的子进程；pid = -1 等待任意子进程，同 wait()）；
  • status：接收退出状态（需用宏解析，如 WIFEXITED(status) 判断是否正常终止，WEXITSTATUS(status) 获取退出码）；
  • options：WNOHANG 表示非阻塞（若子进程未终止，立即返回 0）。
• 示例：父进程等待子进程终止并获取退出码
  #include <stdio.h>
  #include <sys/wait.h>
  #include <unistd.h>
  #include <stdlib.h>
  
  int main() {
      pid_t pid = fork();
      if (pid == 0) {  // 子进程
          sleep(2);  // 模拟运行
          return 10;  // 退出码为 10
      }
      // 父进程等待
      int status;
      pid_t ret = waitpid(pid, &status, 0);  // 阻塞等待子进程 pid
      if (ret > 0) {
          if (WIFEXITED(status)) {  // 正常终止
              printf("子进程 %d 正常终止，退出码：%d\n", ret, WEXITSTATUS(status));
          }
      }
      return 0;
  }
  

四、进程程序替换

1. exec 系列函数

• 示例：子进程替换为 ls -l 命令
  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  
  int main() {
      pid_t pid = fork();
      if (pid == 0) {  // 子进程
          printf("子进程替换为 ls -l...\n");
          // 替换为 ls -l（execlp 自动搜索 PATH，参数列表以 NULL 结尾）
          execlp("ls", "ls", "-l", NULL);  
          // 若替换失败，才会执行下面的代码
          perror("exec error");
          exit(1);
      }
      wait(NULL);  // 父进程等待子进程
      return 0;
  }
  

五、关键概念

1. 僵尸进程：
   子进程终止后，父进程未调用 wait()/waitpid() 回收资源，子进程的 PCB 仍保留在系统中（仅占少量内存）。僵尸进程过多会耗尽进程号资源，导致无法创建新进程。
   解决：父进程及时调用 wait() 回收；若父进程已退出，僵尸进程会被 init（或 systemd）收养并回收。
2. 孤儿进程：
   父进程先于子进程终止，子进程会被 init（或 systemd）进程（PID=1）收养，成为 “孤儿进程”。孤儿进程终止后会被收养者回收，不会成为僵尸进程。

总结