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一#xff0c;fack回顾
二#xff0c;进程终止
1.进程终止#xff0c;操作系统做了什么#xff1f;
2.进程终止#xff0c;常见的方式
1.main函数的#xff0c;return 返回码
2. exit()函数
三#xff0c;进程等待
1. 回收进程方法
#xff08;1. wai…目录
一fack回顾
二进程终止
1.进程终止操作系统做了什么
2.进程终止常见的方式
1.main函数的return 返回码
2. exit()函数
三进程等待
1. 回收进程方法
1. wait方法
补充理解僵尸进程与内存泄露区别
2.waitpid函数
a,参数pid
b, 参数status
c, 参数options
四进程替换
1概念与原理
2进程替换方法
3. 尝试fork execl函数
其他函数补充
4. 如何利用execl函数运行其他可执行程序
五练习——制作一个简单的shell命令解释器
1. 制作框架方面
2. 接收并处理指令
3. 子进程替换父进程等待
结语 一fack回顾
在linux中fork函数时非常重要的函数它从已存在进程中创建一个新进程。新进程为子进程而原进程为父进程。 #include unistd.h pid_t fork(void); 返回值自进程中返回0父进程返回子进程id出错返回-1 进程调用fork当控制转移到内核中的fork代码后内核做 分配新的内存块和内核数据结构给子进程将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程添加子进程到系统进程列表当中fork返回开始调度器调度。 由于前面已经出现了fork的理解这里不做详解。
前面地址空间章节【Linux】地址空间概念_花果山~~程序猿的博客-CSDN博客我们已经初步了解了在创建子进程时系统会采用写时拷贝这项决策我们可以反向思考如果系统直接拷贝一份给子进程呢我们知道进程 内核数据结构 代码数据进程一旦被创建代码是处于只读的状态但数据可以转为可写这样我们为啥不拷贝一份数据给子进程因为系统是不知道那些数据是要被使用的所以拷贝一份不怎么被使用的数据会导致内存利用率下降。
所以关于为何OS选择写时拷贝技术对父子进程进行分离 1.用的时候给子进程分配是一种高效的内存表现。 2.系统在执行代码时无法的知道那些内存会被访问。 数据修改前后 结论在计算机系统中当父进程创建子进程时子进程会继承父进程的代码和数据。初始时这些代码和数据的权限是只读的。当子进程需要修改这些代码和数据时会进行写时拷贝操作即将需要修改的部分数据的权限从只读变为可写。 二进程终止
1.进程终止操作系统做了什么
进程终止操作系统释放进程所申请的内核数据机构代码和数据其本质上就是内存释放。
2.进程终止常见的方式
1.main函数的return 返回码
我们在编写一个C/C程序时运行起来会有以下情况 a代码跑完结果正确 (b代码跑完结果不正确
我们在编写main函数时往往都会返回一个0不总是0这是进程退出码是提供给上一级父进程的如果返回的不是0就代表结果不正确反之正常退出则返回0 补充 获取上一次进程退出码指令 echo $? 那main()函数返回值有什么意义呢 当我们在shell脚本中调用一个程序时可以通过检查该程序的main函数返回码来确定程序是否成功执行。如果返回码为0则表示程序执行成功而如果返回码为其他非零值则表示程序执行失败或出现错误。通过这种方式我们可以根据main函数的返回码来进行后续的处理意味着得程序跑完才会有后续处理例如输出相应的提示信息或进行错误处理比如strerror()函数的错误原因。来自chatgpt (c代码未跑完程序奔溃。这里在信号部分讲解 2. exit()函数
exit在代码任何地方调用都会终止进程。这里补充一个系统层面的接口_exit()
接下来我们来实验一下两者的区别
行缓冲区如果我们不添加换行符打印数据会先存放到缓存区在进程结束后刷新到显示器。 int main()6 {7 cout lisan;8 sleep(3);9 exit(11); // _exit(11); 10 return 0; 11 } 12
尝试两个函数_exit()函数在进程退出时不会打印lisan,下面是原因示意图。 由于_exit()直接终止程序所以缓冲区的数据没有被刷新出。那这里我们会想缓冲区在那里呢我们知道_exit()是操作系统的接口exit()是库函数因此我们可以大概猜到管理缓冲区的程序在操作系统之上。 三进程等待
为什么需要进程等待父进程需要拿到一个数据创建子进程等待子进程返回数据父进程才能进入下一步操作。以及子进程退出如果父进程提前退出子进程则变成僵尸进程造成内存泄露。
总之
之前讲过子进程退出父进程如果不管不顾就可能造成‘僵尸进程’的问题进而造成内存泄漏。另外进程一旦变成僵尸状态那就刀枪不入“杀人不眨眼”的kill -9 也无能为力因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程。最后父进程派给子进程的任务完成的如何我们需要知道。如子进程运行完成结果对还是不对或者是否正常退出。父进程通过进程等待的方式回收子进程资源获取子进程退出信息。
执行下面程序 int main()6 {12 pid_t pd fork();14 if (pd 0)15 {16 // 程序失败17 perror(fork );18 }else if(pd 0)19 {20 // 子进程21 int a 5;22 while(a--) 23 {24 printf(是子进程getpid:%d,getppid:%d\n,getpid(), getppid() );25 sleep(1);26 } 27 }else{28 // 父进程29 while(1)30 {31 printf(是父进程getpid:%d,getppid:%d\n,getpid(), getppid() );32 sleep(1);33 } 34 }35 }那我们如何接收进程呢虽然父进程提前结束子进程会被操作系统领养回收这种思路是一种编程思路我们以后会学习到 1. 回收进程方法
1. wait方法 #includesys/types.h #includesys/wait.h pid_t wait(int* status); 返回值 成功返回被等待进程pid 失败返回 -1 。 参数 输出型参数获取子进程退出状态, 不关心则可以设置成为 NULL 补充理解僵尸进程与内存泄露区别
我们知道子进程一旦进入僵尸状态其代码和数据虽然可以被释放但其PCBtask_struct的内核数据结构会被保留如果操作系统一直不回收那么也属于内存泄露在我们编写的应用程序中我们通过new,malloc向堆区申请的内存需要我们在使用完后进行释放否则会造成内存泄露。理解 这两种泄露前者是操作系统级别的后者是进程中后者进程退出系统回收内存不存在内存泄露前者操作系统不处理僵尸进程的PCB是永远回收不了这些内存的。 2.waitpid函数 pid_ t waitpid(pid_t pid, int* status, int options); 返回值 当正常返回的时候 waitpid 返回收集到的子进程的进程 ID 如果设置了选项 WNOHANG, 而调用中 waitpid 发现没有已退出的子进程可收集,则返回0 如果调用中出错 , 则返回 -1, 这时 errno 会被设置成相应的值以指示错误所在 a,参数pid Pid-1, 等待任一个子进程。与 wait 等效。 Pid0. 等待其进程 ID 与 pid 相等的子进程。 补充一点关于status的知识我们知道其是用来记录子进程返回码的同时我们也知道程序运行结束会有三种情况
那怎么从status上表达这不同情况
b, 参数status
wait和waitpid都有一个status参数该参数是一个输出型参数由操作系统填充。 如果传递NULL表示不关心子进程的退出状态信息。否则操作系统会根据该参数将子进程的退出信息反馈给父进程。status不能简单的当作整形来看待可以当作位图来看待具体细节如下图只研究status低16比特位——小端机器 32位我们学习前15位 所以我们怎么取得退出状态 status 8) 0xff // 0xff - 0000 0000....1111 1111保留最后8个比特位 这是进程正常结束那进程异常结束呢我们知道进程异常退出其实是系统杀掉了进程系统向进程发送杀掉信号。进程一但异常退出那么其进程返回码就失去了意义。
所以如何获取这个信号呢 (status 7) 0x7F // 0000... 111 1111 保留最后7个比特位注意如果status如果已经进行位向右移这次的位运算是会在上次的基础上向右移 进程异常结束不都是进程内部代码问题也有可能是外部原因比如kill -9 杀死进程错误消息就是9
但是这个还得知道status的组成然后需要进行位运算这个了解还行但使用长期下来不方便因此为了使用方便提供了如下
常用获取进程退出情况推荐 WIFEXITED(status): 若为正常终止子进程返回的状态则为真。查看进程 是否是正常退出 WEXITSTATUS(status): 若 WIFEXITED 非零提取子进程退出码。查看 进程的退出码 补充 c, 参数options
option默认为0表示子进程运行时父进程为阻塞等待 WNOHANG 参数是一个宏定义表示父进程为非阻塞状态。(WNOHANG理解HANG是一种专业的术语如果一个进程卡死这个进程要么在阻塞队列中要么等地被调度所以称作这个进程HANG住了。所以NOHANG就是非阻塞等待)
Linux由C语言编写wait本质上是系统中的一个函数我们通过一个伪代码来理解 那非阻塞等待难道是不等待子进程本质上非阻塞等待是基于非阻塞调用的轮询方案说人话是我找张三帮忙张三说在忙我先做我的事然后每过一分钟给他打个电话查看他是事是否做完。 四进程替换
1概念与原理 用 fork 创建子进程后执行的是和父进程相同的程序 ( 但有可能执行不同的代码分支 ), 子进程往往要调用一种 exec 函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec 函数时 , 该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换 , 从新程序的启动例程开始执行。调用exec 并不创建新进程 , 所以调用 exec 前后该进程的 id 并未改变。意味着调用exec不会创建新的子进程 2进程替换方法
方法通过execl函数
我们问问man 今天我们来学习最简单的execl。 int execl (const char* path, const char* arg, ...) // 路径 命令行上该怎么写就怎么写 path : 目标程序的地址路径
arg: 函数参数
... : 的意思是可变参数列表注意点参数列表必须以NULL结尾这表示参数提取结束。
下面是例子 从上面的观察中发现 1. 进程替换后进程结束没有打印这一点可以佐证一旦execl函数调用成功原来进程的代码和数据全部被替换为新进程。 2. 如果execl调用失败继续原来进程不过这时可以直接终止进程。 3. 尝试fork execl函数
看下面代码 1 #include iostream2 #include unistd.h3 #include sys/types.h4 #include sys/wait.h5 using namespace std;6 7 int main()8 {9 pid_t pd fork();10 if (pd 0)11 {12 // 子进程13 cout 子进程开始, pid: getpid() endl;14 execl(/usr/bin/ls, ls,-l, -a, --colorauto, NULL);15 exit(-1);16 17 }else if (pd)18 {19 // 父进程20 int status 100;21 cout 父进程开始 endl;22 pid_t ret waitpid(-1, status, 0); 23 if (ret)24 {25 cout 子进程退出打印子进程退出码: WEXITSTATUS(status) endl;26 }else 27 {28 cout 子进程未退出 endl;29 }30 32 }33 else 34 {35 cout 创建子进程失败 endl;36 }37 return 0;38 }
结果 问为什么要创建子进程来替换呢 答为了实现父进程读取数据分析数据然后指派子进程去完成某项任务的思想。 问父子进程代码共享数据写时拷贝那execl函数替换进程了呢代码是否会进行写时拷贝 答会因为如果父子进程共享在调用execl函数时会对代码进行写时拷贝否则父进程会受到影响。 其他函数补充
进程替换函数其实还是有挺多接口的如下 1. execv 函数使用一图流如下
2. execlp函数
3. execvp函数这个就挺容易用的可以这么理解指令方式以Vector存储并且“P”省略文件路径自动搜索环境变量。
4. execle函数e表示的则是环境变量的意思通过传递环境变量给新程序可以在新程序中使用这些环境变量的值。例如可以通过设置环境变量来影响新程序的行为或者传递一些需要在新程序中使用的配置信息。
下面是一个示例展示了如何使用execle函数传递环境变量
#include unistd.hint main() {char *envp[] {MYVARHello, OTHERVARWorld, NULL};execle(/path/to/program, /path/to/program, NULL, envp);return 0;
}在上面的示例中我们定义了两个环境变量MYVAR和OTHERVAR并将它们传递给新程序。新程序可以使用getenv函数来获取这些环境变量的值。
需要注意的是使用execle函数时必须传递完整的环境变量数组包括系统默认的环境变量。如果只想传递自定义的环境变量可以使用execve函数(这是真正的系统调用其他exec**函数都只是封装)并将environ变量作为参数传递给它。来自chatgpt 这里有个值得注意的点即使是进程替换环境变量是系统方面的数据子进程会拷贝一份父进程的环境变量且不会被替换。 命名总结 这些函数原型看起来很容易混 , 但只要掌握了规律就很好记。 l(list) : 表示参数采用列表 v(vector) : 参数用数组 p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH e(env) : 表示自己维护环境变量 4. 如何利用execl函数运行其他可执行程序
诺下面是我在Test程序上调用mypro程序。 makefile: 可以做到一次编译多个文件。
最右侧的图运用到了命令行参数可参考本博客中命令行参数部分【Linux】进程基础概念【下篇】-CSDN博客
到这里我们我们可以理解exec***函数的功能——底层加载器的接口 五练习——制作一个简单的shell命令解释器 目标
制作一个能读取并执行指令的shell。
shell执行命令 1. 制作框架方面
我们需要制作一个死循环不断的接收指令。
// 属于是死循环13 while (1)14 {15 // 首先是打印地址16 cout [afeng_myshell]$ ;17 fflush(stdout); // 解决缓冲区的问题}
我们可以简单打印一个shell名但不能换行但不能换行就会有缓冲区的问题通过fflush函数刷新即可。 2. 接收并处理指令
不能使用cin, scanf 因为指令伴随空格cinscanf遇到空格提前结束输入这里我们采用可以接收空格字符的函数比如getline, 输入流函数fgets。我们首先将指令保存到指针数组中由于我们只是简单制作一个shell,所以指令程序我们选择调用而选择调用我们就要进行进程替换。说到这里我们需要区分的是我们利用子进程替换仅仅是为了启动其他程序父进程的未层修改。使用进程替换函数exec***我们就得将指令分割下来。 // 然后开始接收指令20 char instruct[NUM];21 memset(instruct, \0, sizeof instruct);22 if (fgets(instruct, sizeof instruct, stdin) NULL)23 {24 continue;25 }26 instruct[strlen(instruct) - 1] \0;// 在输入指令后我们会通过回车键确认但回车键被当做\n记录所以需要纠正。27 28 // 开始拆分出指令29 char* argv[100] {0};30 argv[0] strtok(instruct, );31 int i 1;
W 32 while (argv[i] strtok(NULL, ));3. 子进程替换父进程等待
接下来就是子进程与父进程的编写子进程替换我们知道我们在Linux中能不带路径的执行相应指令的基础是其路径已经存在环境变量中所以系统会自动搜索。
36 // 内置命令 1.我们通过子进程替换打印我们需要的结果父进程不受影响37 // 当需要更改路径时目标是父进程38 if (strcmp(argv[0],cd) 0)39 {40 if (argv[1] ! NULL)41 chdir(argv[1]);42 continue;43 }44 45 pid_t pd fork();46 if (pd 0) // child47 {48 execvp(argv[0], argv);49 exit(-1); 50 }51 else{52 // parent53 int status;54 pid_t ret waitpid(pd, status, 0);55 if (ret 0 )56 {57 cout 子进程运行成功退出码: WEXITSTATUS(status) endl;58 }else{59 cout 子进程运行失败,退出码: WEXITSTATUS(status) endl;}61 }62 }63 return 0;64 }结语 本小节就到这里了感谢小伙伴的浏览如果有什么建议欢迎在评论区评论如果给小伙伴带来一些收获请留下你的小赞你的点赞和关注将会成为博主创作的动力。
