【Linux】进程控制：理解什么是进程创建，进程终止，进程等待 | 进程替换

技术教程
2025-07-23 08:52:37

一. 进程创建

fork函数用于创建新进程，生成的进程称为子进程，而调用fork的进程称为父进程。

fork函数的声明位于头文件 <unistd.h></unistd.h> 中。

在创建子进程时，系统会为子进程分配新的内存块和内核数据结构，并将父进程的部分数据结构内容复制到子进程中。子进程随后被添加到系统的进程列表中。fork函数执行后，调度器开始调度新创建的进程。

关于fork函数的返回值：

子进程接收到返回值0。
父进程接收到子进程的进程ID（PID）。
如果创建失败，fork函数返回-1。

子进程和父进程共享fork函数之后的代码。

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实例演示：

int main() {
    printf("before: pid: %d\n", getpid());
    pid_t id = fork();
    printf("after:\n");
    if (id == 0) {
        // 子进程
        printf("我是子进程  pid: %d  ppid: %d\n", getpid(), getppid());
    } else if (id > 0) {
        // 父进程
        printf("我是父进程  pid: %d  ppid: %d\n", getpid(), getppid());
    } else {
        printf("出错\n");
    }
    return 0;
}

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二. 进程终止

进程终止的情况有三种：

代码运行完毕，结果正确。
代码运行完毕，结果不正确。
代码异常终止：本质上是接收到相应的信号。

常用的进程退出方法包括：

return
exit
_exit

父进程会关心子进程的运行情况。子进程在退出时会变成僵尸进程，需要父进程回收。

父进程期望获得子进程退出的信息，包括：

子进程是否异常退出。
如果异常，可以通过错误码查看错误信息。
通过退出码了解进程的退出情况。

可以使用以下命令查看最后一次进程退出的退出码：

echo $?

我们可以打印每个错误码对应的错误信息：

int main() {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("错误码 %d 对应的错误信息是：%s\n", i, strerror(i));
    }
    return 0;
}

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错误码为0时，表示代码正常执行完毕，因此主函数中的return通常是return 0。我们也可以设计一套自定义的错误码体系。

exit和_exit都可以退出进程，但exit在退出前会执行额外的工作：

执行通过atexit或on_exit定义的清理函数。
关闭所有打开的流，并将所有缓存数据写入。
调用_exit。

而_exit是直接退出进程，不处理缓冲区。因此，通常推荐使用exit函数来退出进程。

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三. 进程等待

进程等待是通过系统调用wait或waitpid来检测和回收子进程的状态。

为什么需要进程等待？

子进程在退出时会变成僵尸进程，无法被杀死，需要通过进程等待来回收，解决内存泄漏问题。
通过进程等待，父进程可以获得子进程的退出情况，了解子进程任务的完成情况。

父进程通过调用wait或waitpid来回收僵尸进程。

wait函数：

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wait函数的头文件是<sys></sys>。

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返回值：

成功返回被等待进程的PID。
失败返回-1。

参数：

输出型参数，用于获取子进程的退出状态。如果不关心，可以设置为NULL。

wait等待任意一个子进程。

实例：

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

void Run() {
    int cnt = 5;
    while (cnt) {
        printf("我是一个子进程 pid: %d  ppid: %d\n", getpid(), getppid());
        cnt--;
        sleep(1);
    }
}

int main() {
    pid_t id = fork();
    if (id == 0) {
        // 子进程
        Run();
        exit(0);
    } else if (id > 0) {
        // 父进程
        int cnt = 10;
        while (cnt) {
            printf("我是一个父进程 pid: %d  ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            cnt--;
            sleep(1);
        }
        pid_t ret = wait(NULL);
    } else {
        printf("出错\n");
    }
    return 0;
}

可以使用以下指令查看运行时进程的变化：

while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep testwait | grep -v grep; sleep 1; echo "------------------------"; done

waitpid函数：

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waitpid函数有三个参数：

pid：pid = -1等待任何一个子进程，与wait等效；pid > 0等待其进程ID与pid相等的子进程。
status：WIFEXITED(status)若为正常终止子进程返回的状态，则为真；WEXITSTATUS(status)若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。
options：WNOHANG若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待；若正常结束，则返回该子进程的ID。

status是一个输出型参数，类型为int，有32个比特位，可以视为位图。低7位表示终止信号，第8位表示core dump标志，第9位到第15位表示退出状态。

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获取终止信号：status & 0x7f

获取退出码：(status >> 8) & 0xff

为什么要传一个输出型参数？因为进程之间具有独立性，不能使用全局变量代替。

等待的原理：

子进程在退出时，会将退出码和终止信号写入PCB的exit_code和exit_signal变量中。等待进程时，从子进程的PCB中读取这两个变量的值，并写入到输出型变量status中，这样父进程就可以知道子进程的退出信息。

实例：

int main() {
    pid_t id = fork();
    if (id == 0) {
        // 子进程
        int cnt = 5;
        while (cnt) {
            printf("我是一个子进程  pid: %d  ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            cnt--;
            sleep(1);
        }
    } else if (id > 0) {
        // 父进程
        int status = 0;
        while (1) {  // 轮询
            pid_t ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG);  // 非阻塞
            if (ret > 0) {
                printf("子进程退出，等待成功\n");
                break;
            } else if (ret == 0) {
                printf("你先等等，子进程还没有退出....\n");
                sleep(1);
            } else {
                printf("等待失败\n");
                break;
            }
        }
        return 0;
    }
}

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