Unix 环境编程： 进程控制

进程是程序在内存中运行的一个实例，这里说出了进程与程序的一个区别就是进程是在内存空间里的，程序实际上是存储在你的硬盘上的那个文件，又可以叫做可执行文件。

1. 如何标识一个进程

1）当然是用一个ID来标识一个进程啦，在Linux系统上貌似任何东西的标识都是使用一个整数也就是ID，进程当然也不例外，那么一个进程除了PID 以外还有哪些标识呢？

-->PID  ： 最常用的就是 process ID

-->PPID ： 所有的进程都有一个父进程 Parent Process ID

-->UID   ： 用户ID，谁运行的这个进程

-->EUID ： 有效用户ID，虽然一个进程是由用户A执行起来的，但是进程拥有的权限却可以与A不同， 这个EUID是跟可执行文件的S权限息息相关的

-->GID ： 组ID

-->EGID ：有效组ID

PID与PPID很直白很容易理解， UID/GID也还可以，毕竟进程都是由用户执行起来的嘛， 但是EUID?EGID是什么鬼？关于这两个ID，大家可以使用系统调用getUID() getEUID()，来观察一下，EUID与UID一般情况下是一样的，那么什么情况下会不一样呢 ？那就是当设置可执行文件的SUID这个权限的时候，也是使用了chmod u+s XXX。

SUID又是什么鬼？ OK，看下面的实验吧

首先写一个测试程序

<span style="font-family:Courier New;"><span style="font-family:Courier New;">#include <stdio.h>#include <unistd.h>int main(){    uid_t uid = getuid();    uid_t euid = geteuid();    printf("uid = %d, euid = %d\n", uid, euid);    return 0;}</span></span>

gcc test.c -o test 之后得到 可执行文件 ： test

<span style="font-family:Courier New;"><span style="font-family:Courier New;">ls -l-rwxrwxr-x 1 gengj gengj 13451  8月 22 10:25 test<span style="color:#ff0000;">chown root testchmod u+x test</span>ls -l -rwsrwxr-x 1 root  gengj 13451  8月 22 10:25 test</span></span>

看到没有， 刚开始 test 文件的 用户和组都是gengj， 这个时候执行test，得到 uid == euid，但是当执行了后边的操作也就是设置了S权限之后（这个时候实际上test是以root权限来运行的，也就是它的有效用户是 root），再执行，可以看到euid变成了 0， UID没有改变。关于GID/EGID与上面的描述是一样的。

2）现在我们知道了如何获得关于进程的各种ID，那么怎么对这些ID进程设置呢？

实际上PPID是没有办法改变的，PID是内核分配的，这两个ID是不能改变的，也没有必要改变。可以改变的是UID EUID GID EGID， 这里我们不讨论组只讨论用户 ID， 因为他们的操作是一样的。

设置UID我们可以使用系统调用 setuid(uid_t uid)； 关于这个函数需要说明一下：

-->如果进程拥有root权限的话，该进程调用setuid(uid) 可以把 本进程的UID， EUID， saved set-uid全部设置成参数 uid；

-->如果进程不是root权限，参数uid==UID 或者 uid == SUID的话, 本函数将会把EUID设置成uid，其他的ID都不变。

各种ID搞得人比较晕，我也不是特别的清楚， 不过只要记得不同的UID会使得进程拥有不同的权限，如果设置了EUID， 则表示了进程的实际可以拥有的权限。

2. 创建新的进程 fork

1）系统调用 pid_t fork(void) 是用来创建一个新的子进程的， 这个函数比较特殊，一次调用会返回两次：

<span style="font-family:Courier New;">#include <stdio.h>#include <unistd.h>int main(){    pid_t pid;    int i = 0;    if ((pid = fork()) < 0) {        printf("fork failed\n");        return -1;    } else if (pid == 0) { // this is child process        printf("this is in child process\n");        i++;    } else {               //this is in parent process        sleep(2);        printf("this is in parent process\n");    }    //this is in bothprocess    printf("i = %d\n", i);    return 0;}</span>

<span style="font-family:Courier New;"><pre style="-webkit-user-select: text; position: absolute; top: -99px;">this is in child processi = 1this is in parent processi = 0</span>

this is in child processi = 1this is in parent processi = 0

输出：

-------------------------------------------------------------------------------------------

this is in child processi = 1this is in parent processi = 0

this is in child processi = 1this is in parent processi = 0

this is in child processi = 1this is in parent processi = 0

this is in child process

i = 1

...(sleep 2)

this is in parent process

i = 0

-------------------------------------------------------------------------------------------

如上显示的， fork返回的pid如果为0 则表示这是从子进程返回的值，如果大于 0则表示是从父进程返回的值，返回值就是子进程的PID。

如上显示的，fork之后，父子进程都会继续执行接下来的代码，也就是说父子进程共享一个代码段 （text segment），但是数据是不一样的，因为在子进程对 i 赋值并不会影响父进程中的 i，说明，父子进程的数据段是不一样的，实际上子进程复制了父进程的数据段，所以导致父进程与子进程都有一个数据 i 的copy，各自的改变并不会影响另一个进程。

2） fork中的文件描述符

父进程中打开的文件描述符将在子进程中同样有效，也就是说父子进程共享文件描述符。这种共享会导致父子进程产生竞争现象，需要在编程中避免这种竞争。

3）子进程继承的东东与没有继承的东东

先看看有哪些东西没有被子进程继承吧：

-- PID & PPID

-- time （tms_utime， tms_stime） 在子进程中被置 0

-- 文件锁 在子进程中没有

-- 定时器

-- 信号集

被继承下来的东西：

-- UID ， GID

-- 进程组

-- 会话（session） ID

-- 控制终端

-- set-user-id/ set-group-id

-- root directory

-- current work directory

-- 文件权限掩码 mask

-- 信号掩码

-- close-on-exec 标志

-- 环境变量

-- 共享内存

-- 内存映射

4） fork为什么会失败

fork失败意味着系统不能生成新的进程啦，这有可能是由于系统资源不足造成的， 也有可能是一个real user id 的进程数超出了限制造成的。

5）fork 与 exec函数

fork会产生一个新的进程，子进程会有父进程地址空间的一份copy， 但是如果在fork之后的子进程中调用exec函数，那么子进程将会被新的程序替代，子进程将会从新程序的main函数开始执行。

这里替换的意思不是创建一个新的进程，而是继续在原来的地址空间里面继续执行，只不过代码段，数据段，堆栈全部被替换啦，而且当新程序结束后也不再返回到子进程中啦。既然是在原子进程空间里面运行新的程序，PID当然还是不会改变的啦。

<span style="font-family:Courier New;">#include <stdio.h>#include <unistd.h>int main(){        pid_t pid;        if ((pid = fork()) < 0) {                printf("fork failed\n");                return -1;        } else if (pid == 0) { // this is child process                printf("this is in child process\n");                printf("exec a new program\n");</span>

<span style="font-family:Courier New;">                execlp("ls", "ls", "-1", NULL);              <span style="color:#ff0000;">// run another program</span>                printf(" I am back into child process\n");   <span style="color:#ff0000;">// never come back to here</span>        } else {                sleep(2);                printf("this is in parent process\n");                global_num++;        }        //this is in bothprocess                printf("i = %d, global_num = %d\n", i, global_num);        return 0;}</span>

讲到了exec 函数，有必要提一下另外一个系统调用system(), 实际上system()函数是用exec函数来实现的，只不过多了一些错误检查。这个函数用于在我们的程序中执行另外的可执行文件，直到结束，也就是说它是阻塞的，一个简单的system实现如下.

parent-process --> fork --> exec

    |-----------------------------waitpid()

3 进程结束

结束一个进程有很多种方法：

正常的退出

    -- main函数中调用 return 或者 exit()，这两者是等价的

    -- 调用 _exit 或者 _Exit

不正常退出

    -- 调用abort， 将会产生SIGABRT信号

    -- 接收到特定的信号， 比如运行中我们按下ctl-c也就是发送了TERM 信号给进程

不正常的退出现在先不讲，只讨论一下正常的退出中的exit _exit _Exit

1) exit 与return一样是一种比较安全温和的退出方式，将会flush 所有IO然后关闭所有的文件， 依次调用注册的at_exit 函数， 最后退出

2）_exit 与_Exit这是一种简单粗暴的退出方式，不会调用at_exit注册的函数，也可能不会flush IO （it depends on OS implementation）。

当子进程正常退出时，父进程可以获得子进程的退出状态值，退出状态值是exit函数的参数，当子进程非正常退出时，内核来把退出状态值送给父进程，总之，父进程总是可以获得子进程的退出状态值。 这里我们考虑以下两种情况

1）父进程先于子进程退出

如果父进程比子进程先退出，那么init将会成为子进程的父进程，这是因为Linux要确保每一个进程都有一个父进程

2）子进程先于父进程退出

如果子进程先退出啦，那么内核会在内存中维护这个子进程的一些信息，以便父进程在调用wait或者waitpid时能够获得子进程的退出状态，一般来讲内核保存的信息必然会包括PID和退出状态值， 因为这些都是wait函数需要的。

子进程退出后，如果父进程调用了wait或者waitpid，那么内核就不需要在保存这些残留信息了，那么这个子进程就完全退出了。如果父进程不调用wait&waitpid，那么这个子进程就变成了僵尸进程（zombie）。

是时候说说wait & waitpid函数了，这两个函数都会使得内核对子进程进行清理，也就是消除zombie。 我们先来讲讲这两个函数的特点吧

1）wait: 阻塞的，直到有一个子进程退出他才返回，实际上任何一个子进程的退出都会导致wait返回，也就是说，如果有很多子进程就需要调用很多次wait；如果没有子进程的话，wait也会立即返回，只不过是返回error。

2） waitpid： 相对于wait，waitpid比较人性化，他会等待特定的有其参数指定的进程退出。他可以是阻塞的也可以通过其参数配置成非阻塞的。haha， 可以配置的这个特性不错，大家可以试试看，这里不多说。

总结

这篇文章讲述了进程的创建fork exec， 进程的退出 exit， 如何避免僵尸进程waitpid，并给了简单的demo来说明fork等的应用。本文并没有讲述在什么情形中使用子进程这个特性，算是不足之处，以后尽量补上。

欢迎阅读提问，如果有不对的地方，请指正。