一、進(jìn)程創(chuàng)建

fork函數(shù)初識(shí)

在Linux中，fork函數(shù)是非常重要的函數(shù)，它從已存在進(jìn)程中創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程。新進(jìn)程為子進(jìn)程，而原進(jìn)程為父進(jìn)程。

返回值：

在子進(jìn)程中返回0，父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的PID，子進(jìn)程創(chuàng)建失敗返回-1。

進(jìn)程調(diào)用fork，當(dāng)控制轉(zhuǎn)移到內(nèi)核中的fork代碼后，內(nèi)核做：

• 分配新的內(nèi)存塊和內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)給子進(jìn)程。
• 將父進(jìn)程部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容拷貝至子進(jìn)程。
• 添加子進(jìn)程到系統(tǒng)進(jìn)程列表當(dāng)中。
• fork返回，開始調(diào)度器調(diào)度。

fork之后，父子進(jìn)程代碼共享。例如：

運(yùn)行結(jié)果如下：

這里可以看到，Before只輸出了一次，而After輸出了兩次。其中，Before是由父進(jìn)程打印的，而調(diào)用fork函數(shù)之后打印的兩個(gè)After，則分別由父進(jìn)程和子進(jìn)程兩個(gè)進(jìn)程執(zhí)行。也就是說，fork之前父進(jìn)程獨(dú)立執(zhí)行，而fork之后父子兩個(gè)執(zhí)行流分別執(zhí)行。

注意： fork之后，父進(jìn)程和子進(jìn)程誰先執(zhí)行完全由調(diào)度器決定。

fork函數(shù)返回值

fork函數(shù)為什么要給子進(jìn)程返回0，給父進(jìn)程返回子進(jìn)程的PID？

一個(gè)父進(jìn)程可以創(chuàng)建多個(gè)子進(jìn)程，而一個(gè)子進(jìn)程只能有一個(gè)父進(jìn)程。因此，對(duì)于子進(jìn)程來說，父進(jìn)程是不需要被標(biāo)識(shí)的；而對(duì)于父進(jìn)程來說，子進(jìn)程是需要被標(biāo)識(shí)的，因?yàn)楦高M(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程的目的是讓其執(zhí)行任務(wù)的，父進(jìn)程只有知道了子進(jìn)程的PID才能很好的對(duì)該子進(jìn)程指派任務(wù)。

為什么fork函數(shù)有兩個(gè)返回值？

父進(jìn)程調(diào)用fork函數(shù)后，為了創(chuàng)建子進(jìn)程，fork函數(shù)內(nèi)部將會(huì)進(jìn)行一系列操作，包括創(chuàng)建子進(jìn)程的進(jìn)程控制塊、創(chuàng)建子進(jìn)程的進(jìn)程地址空間、創(chuàng)建子進(jìn)程對(duì)應(yīng)的頁表等等。子進(jìn)程創(chuàng)建完畢后，操作系統(tǒng)還需要將子進(jìn)程的進(jìn)程控制塊添加到系統(tǒng)進(jìn)程列表當(dāng)中，此時(shí)子進(jìn)程便創(chuàng)建完畢了。

也就是說，在fork函數(shù)內(nèi)部執(zhí)行return語句之前，子進(jìn)程就已經(jīng)創(chuàng)建完畢了，那么之后的return語句不僅父進(jìn)程需要執(zhí)行，子進(jìn)程也同樣需要執(zhí)行，這就是fork函數(shù)有兩個(gè)返回值的原因。

寫時(shí)拷貝

當(dāng)子進(jìn)程剛剛被創(chuàng)建時(shí)，子進(jìn)程和父進(jìn)程的數(shù)據(jù)和代碼是共享的，即父子進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)通過頁表映射到物理內(nèi)存的同一塊空間。只有當(dāng)父進(jìn)程或子進(jìn)程需要修改數(shù)據(jù)時(shí)，才將父進(jìn)程的數(shù)據(jù)在內(nèi)存當(dāng)中拷貝一份，然后再進(jìn)行修改。

這種在需要進(jìn)行數(shù)據(jù)修改時(shí)再進(jìn)行拷貝的技術(shù)，稱為寫時(shí)拷貝技術(shù)。

1、為什么數(shù)據(jù)要進(jìn)行寫時(shí)拷貝？

進(jìn)程具有獨(dú)立性。多進(jìn)程運(yùn)行，需要獨(dú)享各種資源，多進(jìn)程運(yùn)行期間互不干擾，不能讓子進(jìn)程的修改影響到父進(jìn)程。

2、為什么不在創(chuàng)建子進(jìn)程的時(shí)候就進(jìn)行數(shù)據(jù)的拷貝？

子進(jìn)程不一定會(huì)使用父進(jìn)程的所有數(shù)據(jù)，并且在子進(jìn)程不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行寫入的情況下，沒有必要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拷貝，我們應(yīng)該按需分配，在需要修改數(shù)據(jù)的時(shí)候再分配（延時(shí)分配），這樣可以高效的使用內(nèi)存空間。

3、代碼會(huì)不會(huì)進(jìn)行寫時(shí)拷貝？

90%的情況下是不會(huì)的，但這并不代表代碼不能進(jìn)行寫時(shí)拷貝，例如在進(jìn)行進(jìn)程替換的時(shí)候，則需要進(jìn)行代碼的寫時(shí)拷貝。

fork常規(guī)用法

1. 一個(gè)進(jìn)程希望復(fù)制自己，使子進(jìn)程同時(shí)執(zhí)行不同的代碼段。例如父進(jìn)程等待客戶端請(qǐng)求，生成子進(jìn)程來處理請(qǐng)求。
2. 一個(gè)進(jìn)程要執(zhí)行一個(gè)不同的程序。例如子進(jìn)程從fork返回后，調(diào)用exec函數(shù)。

fork調(diào)用失敗的原因

fork函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程也可能會(huì)失敗，有以下兩種情況：

1. 系統(tǒng)中有太多的進(jìn)程，內(nèi)存空間不足，子進(jìn)程創(chuàng)建失敗。
2. 實(shí)際用戶的進(jìn)程數(shù)超過了限制，子進(jìn)程創(chuàng)建失敗。

二、進(jìn)程終止

進(jìn)程退出場(chǎng)景

進(jìn)程退出只有三種情況：

1. 代碼運(yùn)行完畢，結(jié)果正確。
2. 代碼運(yùn)行完畢，結(jié)果不正確。
3. 代碼異常終止（進(jìn)程崩潰）。

進(jìn)程退出碼

我們都知道m(xù)ain函數(shù)是代碼的入口，但實(shí)際上main函數(shù)只是用戶級(jí)別代碼的入口，main函數(shù)也是被其他函數(shù)調(diào)用的，例如在VS2013當(dāng)中main函數(shù)就是被一個(gè)名為__tmainCRTStartup的函數(shù)所調(diào)用，而__tmainCRTStartup函數(shù)又是通過加載器被操作系統(tǒng)所調(diào)用的，也就是說main函數(shù)是間接性被操作系統(tǒng)所調(diào)用的。

既然main函數(shù)是間接性被操作系統(tǒng)所調(diào)用的，那么當(dāng)main函數(shù)調(diào)用結(jié)束后就應(yīng)該給操作系統(tǒng)返回相應(yīng)的退出信息，而這個(gè)所謂的退出信息就是以退出碼的形式作為main函數(shù)的返回值返回，我們一般以0表示代碼成功執(zhí)行完畢，以非0表示代碼執(zhí)行過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，這就是為什么我們都在main函數(shù)的最后返回0的原因。

當(dāng)我們的代碼運(yùn)行起來就變成了進(jìn)程，當(dāng)進(jìn)程結(jié)束后main函數(shù)的返回值實(shí)際上就是該進(jìn)程的進(jìn)程退出碼，我們可以使用echo $?命令查看最近一次進(jìn)程退出的退出碼信息。

例如，對(duì)于下面這個(gè)簡(jiǎn)單的代碼：

代碼運(yùn)行結(jié)束后，我們可以查看該進(jìn)程的進(jìn)程退出碼。

[cl@VM-0-15-centos procTermination]$ echo $?

這時(shí)便可以確定main函數(shù)是順利執(zhí)行完畢了。

為什么以0表示代碼執(zhí)行成功，以非0表示代碼執(zhí)行錯(cuò)誤？

因?yàn)榇a執(zhí)行成功只有一種情況，成功了就是成功了，而代碼執(zhí)行錯(cuò)誤卻有多種原因，例如內(nèi)存空間不足、非法訪問以及棧溢出等等，我們就可以用這些非0的數(shù)字分別表示代碼執(zhí)行錯(cuò)誤的原因。

C語言當(dāng)中的strerror函數(shù)可以通過錯(cuò)誤碼，獲取該錯(cuò)誤碼在C語言當(dāng)中對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤信息：

運(yùn)行代碼后我們就可以看到各個(gè)錯(cuò)誤碼所對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤信息：

實(shí)際上Linux中的ls、pwd等命令都是可執(zhí)行程序，使用這些命令后我們也可以查看其對(duì)應(yīng)的退出碼。

可以看到，這些命令成功執(zhí)行后，其退出碼也是0。

但是命令執(zhí)行錯(cuò)誤后，其退出碼就是非0的數(shù)字，該數(shù)字具體代表某一錯(cuò)誤信息。

注意： 退出碼都有對(duì)應(yīng)的字符串含義，幫助用戶確認(rèn)執(zhí)行失敗的原因，而這些退出碼具體代表什么含義是人為規(guī)定的，不同環(huán)境下相同的退出碼的字符串含義可能不同。

進(jìn)程正常退出

return退出

在main函數(shù)中使用return退出進(jìn)程是我們常用的方法。

例如，在main函數(shù)最后使用return退出進(jìn)程。

運(yùn)行結(jié)果：

exit函數(shù)

使用exit函數(shù)退出進(jìn)程也是我們常用的方法，exit函數(shù)可以在代碼中的任何地方退出進(jìn)程，并且exit函數(shù)在退出進(jìn)程前會(huì)做一系列工作：

1. 執(zhí)行用戶通過atexit或on_exit定義的清理函數(shù)。
2. 關(guān)閉所有打開的流，所有的緩存數(shù)據(jù)均被寫入。
3. 調(diào)用_exit函數(shù)終止進(jìn)程。

例如，以下代碼中exit終止進(jìn)程前會(huì)將緩沖區(qū)當(dāng)中的數(shù)據(jù)輸出。

運(yùn)行結(jié)果：

_exit函數(shù)

使用_exit函數(shù)退出進(jìn)程的方法我們并不經(jīng)常使用，_exit函數(shù)也可以在代碼中的任何地方退出進(jìn)程，但是_exit函數(shù)會(huì)直接終止進(jìn)程，并不會(huì)在退出進(jìn)程前會(huì)做任何收尾工作。

例如，以下代碼中使用_exit終止進(jìn)程，則緩沖區(qū)當(dāng)中的數(shù)據(jù)將不會(huì)被輸出。

運(yùn)行結(jié)果：

return、exit和_exit之間的區(qū)別與聯(lián)系

return、exit和_exit之間的區(qū)別

只有在main函數(shù)當(dāng)中的return才能起到退出進(jìn)程的作用，子函數(shù)當(dāng)中return不能退出進(jìn)程，而exit函數(shù)和_exit函數(shù)在代碼中的任何地方使用都可以起到退出進(jìn)程的作用。

使用exit函數(shù)退出進(jìn)程前，exit函數(shù)會(huì)執(zhí)行用戶定義的清理函數(shù)、沖刷緩沖，關(guān)閉流等操作，然后再終止進(jìn)程，而_exit函數(shù)會(huì)直接終止進(jìn)程，不會(huì)做任何收尾工作。

return、exit和_exit之間的聯(lián)系

執(zhí)行return num等同于執(zhí)行exit(num)，因?yàn)檎{(diào)用main函數(shù)運(yùn)行結(jié)束后，會(huì)將main函數(shù)的返回值當(dāng)做exit的參數(shù)來調(diào)用exit函數(shù)。

使用exit函數(shù)退出進(jìn)程前，exit函數(shù)會(huì)先執(zhí)行用戶定義的清理函數(shù)、沖刷緩沖，關(guān)閉流等操作，然后再調(diào)用_exit函數(shù)終止進(jìn)程。

進(jìn)程異常退出

情況一：向進(jìn)程發(fā)生信號(hào)導(dǎo)致進(jìn)程異常退出。

例如，在進(jìn)程運(yùn)行過程中向進(jìn)程發(fā)生kill -9信號(hào)使得進(jìn)程異常退出，或是使用Ctrl+C使得進(jìn)程異常退出等。

情況二：代碼錯(cuò)誤導(dǎo)致進(jìn)程運(yùn)行時(shí)異常退出。

例如，代碼當(dāng)中存在野指針問題使得進(jìn)程運(yùn)行時(shí)異常退出，或是出現(xiàn)除0的情況使得進(jìn)程運(yùn)行時(shí)異常退出等。