UNIX环境高级编程（八）进程控制

8.2进程标识符

每个进程都有一个非负整数表示的唯一进程ID。虽然是唯一的但是进程ID可以重用，当一个进程终止后，其进程ID可以再一次使用了。

ID为0的进程通常是调度进程，常常被称作交换进程。该进程是内核的一部分，它并不执行任何磁盘上的程序，一次被称作系统进程。

进程ID为1的是init进程，在自举过程结束后由内核调用，此进程负责在自举内核启动UNIX系统，init进程通常读与系统有关的初始化文件，并将系统引导到一个状态，init进程决不会终止。他是一个普通的用户进程。（与交换进程不同，他不是内核中的系统进程）

下面一些函数返回一些进程标识符：

#include<unistd.h>pid_t getpid(void)//返回值：调用进程的进程IDpid_t getppid(void)//返回值：调用进程的父进程ID

8.3 fork函数

一个进程可以调用fork函数创建一个新进程

#include<unistd.h>pid_t fork(void);//返回值：子进程返回0，父进程返回子进程ID，出错返回-1

将子进程ID返回给父进程的理由是：因为一个进程的子进程可以有很多个，并且没有一个函数使一个进程可以获得其所有子进程I的进程D。

fork使子进程返回0的理由是：一个进程只有一个父进程，所以子进程总是可以调用getppid以获得其父进程的进程ID。

子进程是父进程的副本。子进程获得父进程的数据空间，堆和栈的副本。父，子进程并不共享这些存储空间部分。父子进程共享正文段。

由于在fork后经常跟着exec，所以现在很多实现并不执行一个父进程数据段，堆栈的完全复制。作为替代使用了写时复制（copy-on-write）技术。这些区域由父子进程共享，而且内核将它们的访问权限改变为只读的。如果父，子进程任意一个试图改变这些区域，则内核只为修改区域的那块内存制作一个副本。

文件共享

父进程所有打开的文件描述符，都被复制到子进程中。父子进程的每个相同的打开的文件描述符共享一个文件表项

这种共享文件使父子进程对同一文件使用了一个文件偏移量。

fork之后处理文件描述符有两种常见情况：

1.父进程等待子进程完成

2.父，子进程执行不同的程序段。在这种情况下，fork后，父子进程关闭自己不用的文件描述符，这样不会干扰对方对文件描述符的使用。

除了打开文件以外，父进程很多其它属性也由子进程继承，包括

实际用户ID，有效用户ID，有效组ID

文件模式创建屏蔽字

信号屏蔽和安排

针对任意打开文件描述符的在执行时关闭（close-on-exec）标志

环境

父子进程的区别：

fork的返回值

进程ID不同

两个进程拥有不同的父进程ID

子进程的时间值均为0

父进程设置的文件锁不会被子进程继承

子进程未处理得闹钟被清除

子进程未处理得信号集被清除

使fork失败的两个主要原因是：系统中已经有了太多进程，或者该实际用户ID的进程总数超过了系统限制。

fork有下面两种用法：

1.一个父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段。

2.一个进程要执行不同的程序

8.5 exit函数

进程有以下5正常终止的方式：

1.在main函数内执行return语句

2.调用exit函数。其操作包括：调用终止处理程序，关闭所有标准IO流

3.调用_exit或_Exit函数。是一种无需运行终止处理程序的函数，并不清洗标准IO流

4.进程中最后一个线程从启动例程中返回

5.进程中最后一个线程调用pthread_exit函数

三种异常终止方式：

1.调用abort。它产生SIGABRT信号

2.进程接受到某些信号。信号可以由自身产生，或者其它进程或内核产生。

3.最后一个线程对“取消”请求作出响应

不管进程如何终止，最后都会执行内核中同一段代码，这段代码关闭进程打开的文件描述符，释放它所使用的存储器等

我们都希望终止进程能够通知其父进程它是如何终止的。对于三个终止函数（exit，_exit和)_Exit），实现这一点的方法是将其退出状态作为参数传递给函数。在异常终止的情况下，内核产生一个指示其异常终止原因的终止状态。

在最后调用_exit函数时，内核将退出状态转换成终止状态

如果父进程在子进程前终止，那么将子进程的父进程改变为init进程。我们称这些进程由init进程领养。在一个进程终止时，内核逐个检查所有活动进程，以判断它是否是正要终止进程的子进程，如果是，将它的父进程ID改为1.

内核为每个终止子进程保存一定的信息，所以当终止进程的父进程调用wait或waitpid时，可以得到这些信息。这些信息至少包括进程ID，进程终止状态，以及该进程使用CPU时间总量。内核可以释放终止进程的所有存储区，关闭其打开文件。

一个已经终止，但是其父进程没有对其进行善后处理的进程被称作僵死进程。

8.6 wait或waitpid函数

当一个进程正常或异常终止时，内核就向其父进程发送一个SIGCHLD信号，对于这种信号的默认动作是忽略它。

调用wait或waitpid的进程会发生什么情况：

1.如果其所有子进程都在运行，则阻塞

2.如果一个子进程已经终止，正等待父进程获得其终止状态，取得孩子进程的终止状态，立即返回

3.该进程没有子进程，出错

#include<sys/wait.h>pid_t wait(int *staloc)pid_t waitpid(pid_t pid,int *staloc,int options)//若成功返回进程ID，0，出错返回-1

waitpid函数中pid参数：

pid==-1：等待任意子进程

pid>0等待进程ID为pid的进程

pid==0等待组ID等于调用进程组ID的任意子进程

pid<-1等待其组ID等于pid绝对值的任意子进程

对于wait函数，唯一出错情况是该进程没有子进程。

对于waitpid函数，出错是指定的进程或进程组不存在，也有可能参数pid指定的进程不是调用进程的子进程

8.10 exec函数

使用fork函数创建子进程后，子进程往往都要调用一种exec函数以执行另一个程序，当进程调用一种exec函数时，该进程执行

的程序完全替换为新程序，新程序从其main函数开始执行。因为调用exec并不创建新进程，所以前后的进程ID并未改变。exec

只是用一个全新的程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈。

有6种不同的exec函数可以使用，它们通常被统称为exec函数。

#inlcude <unistd.h>int execl(const char *pathname, const char *arg0, ... ,(char*)0 );int execv(const char *pathname, char *const argv[]);int execle(const char *pathname, const char *arg0, ..., (char *)0, char *const envp[]);int execve(const char *pathname, char *const argv[], char *const envp[]);int execlp(const char *filename, const char *arg0, ..., (char*)0);int execvp(const char *filename, char *const argv);//6个函数返回值：若出错则返回-1，成功则不返回值。

实际上，这六个函数只有一个execve属于系统调用，其它都属于库函数的定义，它们之间的关系可见下图：

对于这六个函数的命名方式，其规律其实很容易看出来，exec是共有部分，而l带表可变参，与之相对的则是v，代表数组。如果有p，则说明使用了PATH环境变量，其参数则是filename，最后的e则代表替换的进程（实际上并没有创建进程）将使用envp所指定的环境表。

需要着重解释的是关于filename与pathname的区别，如果是pathname，则它所代表的是可执行文件的路径，而filename则分两种情况，如果包含'/'前缀，则其意义与pathname相同，否则，则只代表文件名，寻找该可执行文件时需要使用PATH环境变量中的值作为查找前缀。

每一个打开的文件描述符都有一个close-on-exec标识，它默认是没有被设置的，如果该位被设置，则在使用exec系列函数后，该文件描述符将被关闭。

许多情况下，我们创建进程的目的只是为了调用exec系列的函数去加载新的程序，而在这种情况下使用fork就太浪费了，因为我们并不需要使用到父进程的地址空间及相关资源，替代的，我们可以使用vfork函数。该函数和fork的功能基本相同，区别在于，子进程并不会复制父进程的地址空间，在子进程调用_exit系列函数或是exec系列函数之前，子进程将在父进程的地址空间中运行，而在此期间父进程将被阻塞（请注意，一旦子进程调用了_exit系列函数或是exec系列函数之后，父进程将可以继续执行）。

关于vfork函数，还有一点需要特别注意的是，永远不要再子进程里进行main函数的返回或是调用exit函数，因为子进程和父进程共用地址空间，而exit函数会导致流的关闭以及调用“出口函数”，这将影响到父进程的状态。至于main函数的返回，其效果和调用exit函数是一样的。

尽管vfork函数并不复制地址空间，但进程表之类的东西它仍然是会复制的，也就是说，虽然调用_exit函数会关闭文件描述符，但这并不影响到父进程。如果父进程先于子进程结束，那么子进程将被init进程收养