6.进程的使用方式

1. 父子进程的关系

• 子进程是父进程的副本：
  • 子进程复制父进程的数据段、堆、栈，共享正文段（代码段）。
  • 子进程从fork之后开始执行，父子进程的执行顺序不确定。
• 区别：
  • fork的返回值不同：
    • 父进程中返回子进程的PID。
    • 子进程中返回0。
  • PID不同：子进程拥有独立的进程ID。

2. 进程的终止

• 正常终止：
  1. main函数中return。
  2. exit()：C库函数，刷新缓冲区，关闭所有流，执行清理函数（如atexit注册的函数）。
  3. _exit() / _Exit()：系统调用，直接终止进程，不刷新缓冲区，不执行清理函数。
• 异常终止：
  4. 主线程退出。
  5. 主线程调用pthread_exit。
  6. abort()：触发SIGABRT信号终止进程。
  7. 收到信号（如kill命令发送的信号）。
  8. 最后一个线程被pthread_cancel取消。

3. 僵尸进程和孤儿进程

• 僵尸进程：
  • 进程已终止，但其资源未被父进程回收。
  • 父进程可以通过wait或waitpid回收子进程资源。
• 孤儿进程：
  • 父进程先于子进程终止，子进程被init进程（PID=1）接管。
  • 孤儿进程不会成为僵尸进程。

4. 进程资源回收

• wait：
  • 函数原型：pid_t wait(int *status);
  • 功能：阻塞等待任意子进程退出，并回收其资源。
  • 参数：status用于存储子进程的退出状态。
  • 返回值：成功返回子进程PID，失败返回-1。
• waitpid：
  • 函数原型：pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
  • 功能：回收指定子进程的资源。
  • 参数：
    • pid：指定要回收的子进程PID。
    • status：存储子进程的退出状态。
    • options：选项（如WNOHANG表示非阻塞模式）。
  • 返回值：成功返回子进程PID，失败返回-1。

5. exec 函数族

• 功能：用新程序替换当前进程的地址空间，从新程序的启动例程开始执行。
• 常见函数：
  • execl：以参数列表形式传递参数。
  • execv：以参数数组形式传递参数。
  • execlp：在PATH环境变量中查找可执行文件。
  • execvp：在PATH环境变量中查找可执行文件，并以参数数组形式传递参数。
  • execle：传递环境变量。
  • execve：系统调用，传递参数数组和环境变量。
• 特点：
  • 调用成功时不返回，调用失败时返回-1。
  • 不创建新进程，进程ID不变。

6. system 函数

• 函数原型：int system(const char *command);
• 功能：在代码中执行Shell命令。
• 返回值：成功返回0，失败返回-1。
• 实现原理：fork + exec。

7. 练习与作业

• 练习1：设计一个多进程程序，父子进程分别向同一个文件写入数据，并标明进程ID和时间。
• 练习2：使用waitpid函数回收指定子进程资源，并打印其退出状态。
• 练习3：使用execlp或execvp启动ps命令，并带参数执行。
• 作业1：设计一个多进程程序，父进程获取用户输入并写入文件，子进程读取文件并打印输出。输入quit时双方退出，确保不产生僵尸进程和孤儿进程。
• 作业2：设计一个多进程程序，将一个大文件分割为多个子文件，并确保子文件可以合并为原始文件。

8. 进程的退出状态

• 正常退出：通过exit或return传递退出状态。
• 异常退出：通过信号传递终止原因。
• 状态回收：
  • WIFEXITED(status)：判断进程是否正常退出。
  • WEXITSTATUS(status)：获取正常退出时的状态码。
  • WIFSIGNALED(status)：判断进程是否因信号终止。
  • WTERMSIG(status)：获取导致进程终止的信号编号。

9. 进程的清理函数

• atexit：
  • 函数原型：int atexit(void (*function)(void));
  • 功能：注册进程退出时执行的函数。
  • 返回值：成功返回0，失败返回非0。
• 执行顺序：atexit注册的函数按注册顺序的逆序执行。

10. 总结

• 父子进程通过fork创建，子进程是父进程的副本。
• 进程可以通过exit、_exit、信号等方式终止。
• 僵尸进程和孤儿进程是进程管理中的常见问题，需要通过wait或waitpid回收资源。
• exec函数族用于替换进程的地址空间，执行新程序。
• system函数可以方便地在代码中执行Shell命令。