【Linux探索学习】第十七弹——进程终止：深入解析操作系统中的进程终止机制

Linux学习笔记：

https://blog.csdn.net/2301_80220607/category_12805278.html?spm=1001.2014.3001.5482

前言：

在操作系统中，进程终止是一个至关重要的阶段，它标志着进程的生命周期结束。进程终止可能是因为任务完成，也可能是因为异常或外部干预。本文将详细讲解操作系统中的进程终止相关知识，包括终止的原因、类型、实现方式、Linux系统中的具体操作，以及其影响和管理策略，并配以表格和代码示例，帮助全面掌握这一主题。

目录

一、什么是进程终止？

二、进程终止的主要原因

三、进程终止的类型

四、Linux中的进程终止实现

4.1 运行完毕且正常终止

4.1.1 使用return终止进程

4.1.2 使用exit终止进程

4.2 errno常量和strerror函数

4.2.1 strerror函数

4.2.2 errno常量

4.3 异常终止：abort

4.4 强制终止：kill

4.4 子进程资源回收：wait 和 waitpid

五、进程终止的影响

5.1 资源释放

5.2 僵尸进程

如何避免僵尸进程？

六、信号与进程终止

常见信号与作用

示例代码：捕获SIGTERM信号

七、进程终止的常见问题与解决

7.1 僵尸进程问题

7.2 非预期终止

八、总结

一、什么是进程终止？

进程终止（Process Termination）是操作系统中进程生命周期的最后一个阶段，意味着操作系统回收该进程的所有资源，包括内存、文件描述符、CPU时间等，使这些资源可以被其他进程使用。

二、进程终止的主要原因

进程可能因多种原因终止：

三、进程终止的类型

进程终止根据触发方式可以分为以下几类：

一般进程终止的场景包含一下三种：

1. 代码运行完毕，结果正常

2. 代码运行完毕，结果不正常

3. 代码异常终止

下面我们会对上面的内容做出讲解

四、Linux中的进程终止实现

在Linux操作系统中，进程终止主要通过以下系统调用和信号实现：

4.1 运行完毕且正常终止

4.1.1 使用return终止进程

我们平时用的最多的方式就是return，我们先来看下面一个简单的代码

  #include<stdio.h>                    
     
  int main()   
  {   
      printf("This is a test message");
      return 0;
  }        

我们平时所写的代码main函数中一般都有一个返回值，那么这个返回值是干什么的呢？

main函数返回值是返回给进程看的，本质表示：进程运行完成时是否是正确的结果，如果是一般返回0，如果不是返回其它数字代表不同的退出信息（退出码）

我们可以通过这个指令打印退出码：

echo $?

4.1.2 使用exit终止进程

exit系统调用用于正常终止进程，并返回一个状态码给操作系统或父进程。

我们使用exit一般是在进程正常终止但没有正常执行的场景，或者是在合适的地方进行截停的场景，我们来看下面一段代码：

#include<stdio.h> 
#include<stdlib.h>                                                                                                                                                                                           
void print()      
{                 
    printf("hello linux\n");
    printf("hello linux\n");
    printf("hello linux\n");
    printf("hello linux\n");
    exit(20);     
    printf("hello linux\n");
    printf("hello linux\n");
}                 
int main()        
{                 
    print();      
    return 10;    
}                 

我们来看一下上面内容的执行结果和返回值：

我们发现返回值是exit中的返回值，并不是return的返回值，而且打印也只执行了四行，所以我们可以知道带有exit的进程，在执行到它时会直接返回，并不会再继续执行后面的内容，返回值也返回exit的返回值，这一点与return有较大差别

4.2 errno常量和strerror函数

4.2.1 strerror函数

上面我们提到我们可以通过不同的退出码来代表不同的错误信息，那么不同的退出码究竟各自代表什么信息呢？我们可以通过strerror函数来查看

比如我们来看一下退出码0到10所代表的信息：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
int main()
{
    for(int i=0;i<=10;i++)
    {
        printf("%d: %s\n",i,strerror(i));
    }
    return 0;
}                

运行结果：

4.2.2 errno常量

上面我们讲到进程在退出是会有退出码，我们可以通过echo来查看退出码，那我们如何获取呢？

C/C++中其实还定义了一个叫errno的常量来记录错误码

所以我们就可以将errno常量与strerror函数结合使用，用errno来记录进程的错误码，然后传给strerror函数得到错误信息，比如下面的例子：

#include<stdio.h> 
#include<unistd.h>                                                                                                                                                                                           
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>     //注意要带好头文件
int main()        
{                 
    int ret=0;    
    char *p=(char*)malloc(1000*1000*1000*4);    //这个扩容肯定会出错的，因为扩容空间太大了
    if(p==NULL)   
    {             
        printf("mallo error, %d:%s\n",errno,strerror(errno));   //errno会记录错误码，将它传到strerror中就可以得到错误信息
        ret=errno;    //将错误码作为返回值返回，从而让父进程得到返回信息
    }             
    else          
    {             
        printf("malloc success\n");
    }             
    return ret;   
}                 

运行结果：

4.3 异常终止：abort

4.2和4.3都牵扯到了信号的内容，这里我们主要还是以了解为主，后期我们会详细讲解信号的知识

abort函数用于非正常终止进程，通常在遇到不可恢复的错误时调用。

示例代码：abort

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    printf("遇到严重错误，程序终止！\n");
    abort();  // 异常终止
    return 0;  // 不会被执行
}

调用abort会产生一个信号（SIGABRT），通常会生成一个核心转储文件供调试使用。

4.4 强制终止：kill

kill系统调用或命令用于向目标进程发送信号，例如SIGKILL信号会立即强制终止目标进程。

示例代码：kill

#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();

    if (pid == 0) {
        // 子进程
        while (1) {
            printf("子进程正在运行: PID = %d\n", getpid());
            sleep(1);
        }
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程
        sleep(5);
        printf("终止子进程: PID = %d\n", pid);
        kill(pid, SIGKILL);  // 发送SIGKILL信号
    }

    return 0;
}

执行结果：

我们发现子进程在被执行了五次后被终止掉了，对应的就是代码中执行了五次后会执行kill指令杀死进程

4.4 子进程资源回收：wait 和 waitpid

进程等待与回收我们会在下一篇详细讲解

当子进程终止后，其状态会保留在系统中，直到父进程回收。这种未被回收的子进程称为僵尸进程。

示例代码：回收子进程资源

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();

    if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("子进程开始: PID = %d\n", getpid());
        sleep(2);
        printf("子进程结束\n");
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程
        int status;
        wait(&status);  // 等待子进程终止
        if (WIFEXITED(status)) {
            printf("子进程正常终止，状态码: %d\n", WEXITSTATUS(status));
        }
    }

    return 0;
}

执行结果：

五、进程终止的影响

5.1 资源释放

进程终止后，操作系统会回收以下资源：

• 内存：代码段、数据段、堆栈等。
• 文件描述符：关闭该进程打开的所有文件。
• CPU时间：释放进程的时间片。

5.2 僵尸进程

当子进程终止但父进程未调用wait或waitpid回收其状态时，子进程会变成僵尸进程。

如何避免僵尸进程？

1. 父进程调用wait或waitpid回收子进程。
2. 使用信号处理机制，如捕获SIGCHLD信号。

六、信号与进程终止

常见信号与作用

示例代码：捕获SIGTERM信号

#include <signal.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void handle_sigterm(int sig) {
    printf("接收到SIGTERM信号，进程终止\n");
    exit(0);
}

int main() {
    signal(SIGTERM, handle_sigterm);  // 注册信号处理函数

    while (1) {
        printf("程序正在运行...\n");
        sleep(2);
    }

    return 0;
}

七、进程终止的常见问题与解决

7.1 僵尸进程问题

问题：父进程未回收子进程，导致系统中出现僵尸进程。

解决：

• 调用wait或waitpid。
• 使用SIGCHLD信号处理函数自动回收。

7.2 非预期终止

问题：进程意外终止导致数据未保存。

解决：通过信号处理函数捕获终止信号，并在终止前完成必要的清理工作。

八、总结

进程终止是操作系统中管理资源的重要环节。通过本文的讲解，我们了解了进程终止的主要原因、类型以及Linux中的具体实现方式。进程终止不仅影响单个进程的生命周期，还对系统资源的利用和稳定性产生重要影响。

通过合理地使用exit、kill、wait等系统调用，以及信号机制，可以高效管理进程终止，避免僵尸进程问题，提高系统性能和可靠性。希望通过本文的详细分析和代码示例，你能更加深入理解操作系统的这一重要机制！

本篇笔记：

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