linux进程

1. 进程创建与管理

在C语言中，进程的创建和管理是通过几个关键系统调用完成的。最常见的进程管理函数有 fork(), execvp()，以及 wait()。我们来逐一分析它们。

fork() — 进程的复制

fork() 是用来创建新进程的系统调用。它会复制当前的进程（父进程），创建一个几乎完全相同的子进程。子进程从 fork() 调用之后继续执行，但有一个返回值区分父子进程：

• 父进程返回子进程的PID（进程ID）。
• 子进程返回0。

使用 fork() 时，父进程和子进程会在内存中各自运行，互不干扰。

execvp() — 执行新程序

execvp() 用于在当前进程的空间中加载并执行一个新程序。与 fork() 创建的新进程不同，execvp() 会替换当前进程的内存空间，加载一个新的程序执行。因此，execvp() 之后的代码将不再执行当前程序，而是执行新的程序。

例如，以下代码：

char *arg[] = {"ls", "-l", "/", NULL};
execvp(arg[0], arg);

执行了 ls -l / 命令，execvp() 会将当前进程替换成 ls 命令并执行。

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2. 进程的退出

进程退出是操作系统中非常重要的一个环节。进程的退出有两种主要方式：正常退出和异常退出。

正常退出

• exit()：此函数用于正常退出进程，并可以传递一个退出状态值。这些退出状态值通常用于通知父进程该子进程的退出情况。

  void exit(int status);
  

• _exit()：这个函数和 exit() 类似，但不执行标准I/O缓冲区的清理工作，因此速度较快。通常在 fork() 后的子进程中使用 _exit() 来直接退出。

• 进程正常退出有三种常见方式：

  1. 从 main() 函数返回。
  2. 使用 exit()。
  3. 使用 _exit()。

异常退出

异常退出指进程由于某些错误或信号终止，例如：

• 被某个信号终止（如 kill 或 abort）。
• 发生未捕获的异常。

其中 abort() 函数会生成一个信号，通常会导致程序异常退出。

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3. wait()的使用

在多进程的程序中，父进程可能需要等待子进程的执行结果，或者等待子进程结束以清理资源。wait() 函数就可以实现这一功能。

wait() 函数

wait() 函数用于阻塞父进程，直到一个子进程结束。它还允许父进程获取子进程的退出状态。

pid_t wait(int *wstatus);

• wstatus：指向一个整数变量，用于存储子进程的退出状态。如果 wstatus 为 NULL，父进程将不关心子进程的退出状态。
• 返回值：返回已退出的子进程的PID。如果没有子进程，返回 -1。

例子：

pid_t pid = wait(NULL); // 等待任一子进程退出，不关心状态

• 如果没有子进程，调用 wait() 会失败，返回 -1，并设置 errno 为 ECHILD，表示没有子进程。

为什么使用 wait()？

wait() 的主要作用是回收子进程资源，防止出现“僵尸进程”。如果父进程不调用 wait()，子进程退出时，它的进程表项仍然保留在操作系统中，直到父进程明确回收它。这样的进程称为僵尸进程。

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4. 文件操作与同步

在多进程环境中，若多个进程共享同一个文件进行写操作，必须考虑到进程间的同步问题，避免出现竞争条件。我们可以通过以下步骤来实现：

1. 父进程和子进程分别打开同一个文件进行写入。
2. 每个进程写入10条数据，标明它们分别是由不同进程写入的。
3. 父进程在子进程写完数据后，进行收尸操作，回收子进程资源，防止僵尸进程。

程序实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <fcntl.h>void write_to_file(const char *filename, const char *text) {int fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0644);if (fd == -1) {perror("Failed to open file");exit(1);}write(fd, text, strlen(text));close(fd);
}int main() {const char *filename = "output.txt";pid_t pid;for (int i = 0; i < 2; i++) {pid = fork();if (pid == 0) {// 子进程for (int j = 0; j < 10; j++) {char text[100];snprintf(text, sizeof(text), "Child %d writes line %d\n", getpid(), j + 1);write_to_file(filename, text);}_exit(0); // 使用 _exit() 防止调用 exit() 时引发资源清理} else if (pid < 0) {perror("Fork failed");exit(1);}}// 父进程等待子进程结束for (int i = 0; i < 2; i++) {wait(NULL); // 收尸}printf("Parent process is done.\n");return 0;
}

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程序说明：

1. 文件操作：父进程和子进程分别使用 open() 打开文件并进行写操作。写操作使用 O_APPEND 标志，这样每次写入的数据都会被追加到文件末尾。
2. fork() 创建两个子进程：每个子进程都会写入10行数据。
3. wait() 阻塞父进程：父进程在两个子进程都结束后再退出，确保在父进程退出之前回收所有子进程资源，避免僵尸进程。

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5. 总结

通过本文的学习，我们深入了解了C语言中的进程管理，包括 fork()、execvp()、wait() 等函数的使用。通过这些机制，我们可以实现父子进程的创建、程序的执行以及资源的回收。

在实际编程中，fork() 和 exec() 是两个非常常用的系统调用，父进程通过 fork() 创建子进程，而子进程通过 exec() 执行新的程序。在多进程环境下，我们还必须关注僵尸进程的管理，确保父进程使用 wait() 正确地回收子进程资源。

文件操作中的同步也是一个重要课题，当多个进程访问同一文件时，我们必须小心同步问题，避免数据竞争。