1.进程创建

进程创建部分由于就是fork函数，还有写时拷贝，在上一篇已经讲述过了，这里不在进行赘述，有疑问的读者可以前往上一篇博文《Linux系统--程序地址空间》中阅读！

这里在多说一嘴写时拷贝吧

我们可以对比一下写时拷贝修改内容前后内存的变化：

可以先看一下老师的图，并尝试分析一下问题1和2：

好，这里我来说明一下，

修改内容之前的内存状态

虚拟内存与物理内存页对应关系 ：父进程和子进程各自的虚拟内存中的数据段和代码段，通过各自的页表项映射到相同的物理内存页上。例如，父进程页表项 50 和 100，以及子进程页表项 50 和 100，都指向同一块物理内存页，且都标记为 “只读”。

共享内存的优势 ：这样做的好处是节省了内存资源。因为在子进程刚创建时，可能并不会对共享的内存页进行修改，如果一开始就复制一份副本，会浪费内存空间。

修改内容之后的内存状态

子进程尝试写入 ：当子进程试图对共享的物理内存页进行写操作时，操作系统会检测到对该 “只读” 内存页的写入请求，从而触发一个异常或中断。

操作系统的处理 ：操作系统会对此情况进行判断分类。如果是野指针等真正的错误，会终止进程；如果是合法的写操作，就会执行写时拷贝操作，即为子进程分配一块新的物理内存页，并将原来共享页面的内容复制到新的页面中，然后将子进程页表项对应页面的权限改为 “读写”，之后子进程就可以在这块新的物理内存页上进行写操作，而父进程仍然指向原来的物理内存页，保持其 “只读” 状态。

问题解答

问题 1 ：如果在创建子进程之后直接将数据分开，即直接拷贝，会增加内存的占用。因为在很多情况下，子进程可能并不会对父进程的内存数据进行修改。而写时拷贝技术可以延迟拷贝操作，只有在子进程需要写入数据时才进行拷贝，这样可以有效节省内存资源，提高系统的性能和效率。

问题 2 ：直接开辟对应的空间而不采用写时拷贝的话，会导致内存的浪费。因为每个子进程都需要为父进程的内存数据开辟一份完整的副本，即使这些数据在子进程中可能从未被修改过。而写时拷贝技术可以按需获取内存资源，只有在需要写入时才分配和拷贝必要的内存页面，实现了 “惰性” 申请内存，使内存的使用更加高效合理。如下述用例，当我们想对a++时，我们才会给他开辟新的内存空间，没有这条命令时，并不会给他开辟！

2.进程终止

2.1 进程终止的本质 

2.2 进程退出场景

进程退出，无非就是三种情况：

1.代码跑完，结果对

2.代码跑完，结果不对

3.代码没跑完，进程异常了

以上3中情况中，情况12是由我们的退出码（稍后会做讲解）来决定的，即exit(code)

而情况三，我们要思考一个问题，那就是代码异常了，退出码本身，还有意义吗？

为了解决这个问题我们可以打个比方：
我们可以将上述过程类比为考试，代码跑没跑完，就好比你的考试过程顺不顺利，有没有中途产生意外，而结果就好比我们的考试分数，情况12就可以类比为我去考试了，也认真的考完了，只不过情况一拿了100分，而情况二我可能不及格，只拿了20分，好，相比大家应该都知道吧？我们考了一百分的时候很少有家长问原因，问为什么考这么高，但是，你要是考了20分，包先问原因的，而且搞不好还要请你吃一顿炒肉哈。那么，这就是我们退出码存在的意义了，倘若有一天，你和父母约法三章，说以后考试，我回来之后说0，就代表我考的不错，满分，但我要是考砸了，如果说1，代表我笔没油了导致考砸了，2代表考试时饿了导致考砸了，3代表考试时溜号想自己对象了导致考砸了等等等，这样一来，只要你考砸了，父母问你，你就回一个数字是不是就可以了？换句话说，这便是一种反馈，要让你父母知道你考砸的原因！（现实中不建议这样做哈，容易再吃一份炒肉）

这便是退出码存在的意义！！！

而我们再看情况三，就好比我在考试的时候作弊被抓了，取消考试资格了，那么，此时我考了多少分还重要吗？不重要，重要的是我是怎么被发现的，问题出现在哪里，以及回去怎么交代！同理我们回到计算机上，代码都错了都跑不了了，那我还回去关心你的退出码是几吗？我肯定当前最关注的是代码为什么会错！怎么去修改代码！所以上述问题也迎刃而解，即

代码异常了，退出码本身没有意义！

好，我们接下来再详细解释一下退出码相关的内容

2.3 退出码

大家还记得之前的C语言我们每次又要int main() return 0吗？那这里的0是什么？为啥不是return 1,return 2,return3呢？这里就要涉及退出码的概念了。

退出码的定义

退出码是一个整数值，通常用于指示程序的执行结果。一般情况下，退出码0表示程序成功执行，非零值则表示程序执行过程中遇到了某种问题或错误。

常见退出码例举

在这里给大家罗列了一些常用的退出码，如果有需要可以自己去百度上查一查

不愿意查的看这里，可以这样自己找

只要写一个这个文件：

将其编译运行就可以得到如下结果： 

查看退出码的方法 

在Linux中，可以通过特殊变量$?查看上一个命令的退出状态码。

echo $?

例如，我们可以写如下文件，来查看退出码！

文件内容如下所示：

我们来编译运行，查一下退出码：

 欸？我又敲了一遍echo $?，这回退出码咋变成0了？难道是我的文件改邪归正了吗？

实际上，并不是，我们的这个0是上一个进程echo $?的退出码，这个进程成功执行了，那当然退出码就是0了！ 

2.4 exit函数

exit函数 是C语言中的一个标准库函数，用于正常终止一个程序。它定义在stdlib.h头文件中

void exit(int status);

 status：退出状态码，是一个整数值，用于向操作系统报告程序的执行状态。通常，0表示程序成功执行，非零值表示程序执行失败，不同的非零值可以表示不同的错误类型。

功能

执行清理操作：当调用exit函数时，它会先执行所有已注册的清理函数（通过atexit函数注册的函数）。这些清理函数通常用于释放资源、关闭文件等操作。

终止程序：在完成所有清理操作后，exit函数会终止程序的执行，并将status值作为退出状态码返回给操作系统。

代码测试：

我们写入如下内容：

编译运行： 

证明了返回值确实是exit里面的状态值。 

2.5 strerror

我们输入man 3 strerror查询一下向相关信息：

说明： 

参数

errnum：错误码，是一个整数值，通常由系统调用或库函数返回。

返回值

返回一个指向错误信息字符串的指针。该字符串描述了由errnum指定的错误。

3.前景回顾

3.1 进程退出的方式

前文我们提及了几点进程的退出方式，还有三种退出方法，分别为

方法1：在main函数中使用return n;，其中n是返回的退出码。

方法2：直接调用exit(n);，其中n是退出码。

方法3：直接调用_exit(n);，其中n是退出码。

那么，exit和_exit有什么区别呢？为什么要搞两个呢？

3.2 exit和_exit的区别

exit 和 _exit 都是用来终止进程的函数，但它们在行为上有所不同。exit 函数会调用所有注册的清理函数（通过 atexit 注册），刷新所有标准I/O缓冲区，然后终止进程。这意味着它会确保所有的输出都被写入到文件或终端，并且执行任何必要的清理工作。相反，_exit 函数直接终止进程，不刷新缓冲区，也不调用任何清理函数，因此它通常用于需要立即终止进程且不需要进行任何清理的情况。简而言之，exit 提供了一个更优雅的退出方式，而 _exit 提供了一个快速且简单的退出方式。

换句话说，exit是终止进程，会主动刷新缓冲区，而_exit会直接终止进程，不会刷新缓冲区，那么话说回来，什么是进程终止？进程终止就是绝对要调用系统调用，必须让操作系统完整真正的的进程删除退出！

3.3 return 和 exit的区别

return 和 exit 在C语言中都用于结束程序，但return用于从函数返回一个值，可以是从main函数返回一个整数值给操作系统表示程序退出状态，而exit是一个库函数，用于立即终止整个程序，它接受一个整型参数作为退出状态码，并在终止前执行清理操作如刷新标准I/O缓冲区和调用已注册的atexit函数。简而言之，return通常用于函数内部，而exit用于程序的全局退出。

 4.进程等待

4.1 什么是进程等待？

进程等待是指在多进程环境中，一个进程（通常是父进程）暂停其执行，直到另一个进程（子进程）完成其任务并终止的行为，这个过程允许父进程同步子进程的结束，回收子进程占用的资源，并获取子进程的退出状态，以便于进行后续处理。

4.2 为什么要有进程等待？

防止僵尸进程：

当子进程结束时，如果父进程没有及时回收子进程的资源，子进程可能会变成僵尸进程。僵尸进程会占用系统资源，导致内存泄漏。

获取子进程退出信息：

父进程需要知道子进程是否成功完成任务，以及子进程的退出状态（退出码）。这有助于父进程根据子进程的执行结果进行相应的处理。

资源回收：

父进程通过等待子进程，可以回收子进程占用的资源，如内存和文件描述符等。

4.3 如何实现进程等待？

4.3.1 使用 wait 函数

wait 函数用于父进程等待任意一个子进程结束。它返回结束的子进程的进程ID（PID）。如果子进程没有结束，wait 函数会阻塞父进程，直到一个子进程结束。如果子进程已经结束，wait 函数会立即返回，父进程可以获取子进程的退出信息。

4.3.2 wait函数原型

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);

说明：

其中pid_t wait(int *status);：该函数使父进程等待其某个子进程结束，并返回子进程的进程ID。参数status是一个指向整数的指针，用于存储子进程的终止状态；接收子进程的退出状态。成功时，wait 返回子进程的PID；出错时，返回-1。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。

在多进程编程中，父进程通常会fork多个子进程来执行并行任务。通过调用wait函数，父进程可以确保所有子进程都已完成，然后再进行进一步的处理。wait函数可以用于实现进程间的同步，确保父进程在子进程完成特定任务后再继续执行。而在多进程中，往往父进程最先创建，最后退出！

具体来说，父进程调用wait，表示父进程等待任意一个子进程：

1.如果子进程没有退出，父进程wait的时候，就会阻塞

2.如果子进程退出，父进程wait的时候，wait就会返回了，让系统自动解决子进程的僵尸问题，等待成功的时候，返回子进程的pid

4.3.3 waitpid函数

waitpid函数是wait函数的扩展，提供了更多的控制选项。它的原型如下：

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

说明：

pid：指定要等待的子进程的PID。可以是特定的PID、0（等待任意子进程）、负值（等待属于特定进程组的子进程）。

status：指向一个整数的指针，用于存储子进程的退出状态。如果不关心状态，可以设置为NULL。不仅仅是退出码，它包含了子进程的详细信息，包括退出码、终止信号、核心转储标志等。

options：控制等待行为的选项。常用的选项有WNOHANG（非阻塞等待）和WUNTRACED（也获取停止状态的子进程）。

 4.3.3.1 高16位和低16位

高16位用于存储核心转储标志和终止信号，低16位用于存储退出码。

核心转储标志和终止信号

核心转储标志：如果子进程因为信号而终止并且产生了核心转储，status的第7位（从0开始计数）会被设置为1。

终止信号：子进程因为信号而终止时，信号编号会被存储在status的高8位中。

退出码：如果子进程正常结束，退出码会被存储在status的低8位中。

常见的信号编号及其含义：

SIGKILL（9）：立即终止进程，不能被捕获或忽略。

SIGTERM（15）：请求终止进程，可以被捕获或忽略。

SIGINT（2）：通常由Ctrl+C产生，请求终止进程。

SIGQUIT（3）：请求终止并产生核心转储。

SIGSTOP（19）：立即停止进程，不能被捕获或忽略。SIGCONT（18）：继续执行被停止的进程。

进程退出场景

图中解释了如何判断进程是正常结束还是异常结束：

正常结束：status的低8位不为0，表示进程的退出码。

异常结束：status的高16位不为0，表示进程因为信号而终止。

附上老师画的图：

一般而言，进程的退出码范围是【0，255】

4.3.4 阻塞等待

 阻塞等待（Blocking Wait）是指在多进程或多线程编程中，一个进程或线程在等待某个条件或事件（如子进程结束、资源可用等）时，会暂停其执行，直到该条件或事件发生。这种行为称为阻塞等待，因为它会阻塞进程或线程的进一步执行，直到等待的条件得到满足。

本质就是检测子进程状态、退出，回收，没有退出立即返回

4.3.5 非阻塞等待

与阻塞等待相对的是非阻塞等待（Non-blocking Wait），在非阻塞等待中，进程或线程在等待条件满足时不会暂停执行，而是继续执行其他任务或定期检查等待条件是否满足。非阻塞等待通常需要更复杂的编程模型，如使用轮询、事件驱动或异步I/O等技术。

4.3.6 阻塞/非阻塞对比

#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

 这里我们说一下options选项：

这个选项是控制等待行为的选项，可以是0或以下选项的组合：

WNOHANG：非阻塞等待。

WUNTRACED：也获取停止状态的子进程。

WNOHANG 选项的作用

非阻塞等待：当 options 参数包含 WNOHANG 时，如果指定的子进程尚未结束，waitpid() 函数会立即返回，而不是阻塞调用进程。

返回值：如果子进程已经结束，waitpid() 返回子进程的PID；如果子进程尚未结束（并且 WNOHANG 被设置），则返回0。

错误处理：如果发生错误，waitpid() 返回-1，并设置 errno 以指示错误原因。

额外多说一句，那个HANG在程序员口中很常见，如果一个程序员说什么东西hang住了，就是说什么东西宕机了！

这里讲一个故事，来理解一下，

假设张三是一个学渣，他有一个学霸朋友，叫李四，李四住在10楼，由于张三是学渣，所以不关注老师发布的消息，但是一天他突然听到室友说明天要Linux考试了，他慌的一批，于是给李四打电话，事情到这里便有了两条主线：

主线一：李四接到张三的电话后，得知他是想要借我的学霸笔记，但是李四自己还没有用完，于是便跟张三说，不行啊，我没用完，现在还不能借你，说完之后，张三说了一声好的，便挂掉了电话，之后过了两三分钟，张三电话又打来了，问：四啊，你的笔记用完了吗？四说还没呢！张三又回了一句好的，便又挂了电话，此种循环持续了n次，直到最后一次李四说好了，我用完了，于是张三如愿以偿接到了笔记！

主线二：李四接到张三的电话后，得知他是想要借我的学霸笔记，但是李四自己还没有用完，于是便跟张三说，不行啊，我没用完，现在还不能借你，说完之后，张三说了一声好的，但是没有挂掉电话，之后过了两三分钟，张三又问了，四啊，你的笔记用完了吗？四说还没呢！张三又回了一句好的，但是没有挂电话，通话一直保持着，此种模式持续了n次，直到最后一次李四说好了，我用完了，于是张三如愿以偿接到了笔记！

再举一个例子感受一下：

假设你在一个餐厅排队等待点餐。在你前面的人点餐时，你无法进行点餐操作，必须等待他们完成。在这个过程中，你不能做其他事情（比如看手机、聊天等），直到轮到你点餐。这就像进程在阻塞状态时的行为。

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假设你在一个自助餐厅。你可以在等待食物准备好的同时，先去拿饮料、餐具等。你不需要一直站在食物窗口前等待，而是可以边做其他事情边等待。这就像进程在非阻塞状态时的行为。

4.4 代码实战

while(1) {pid_t rid = waitpid(id, NULL, WNOHANG);if(rid == id) {printf("wait child success\n");break;} else if(rid == 0) {printf("child not quit!\n");sleep(1);} else if(rid < 0) {perror("wait error!\n");break;}
}

代码解释： 

1. 非阻塞等待：waitpid(id, NULL, WNOHANG) 调用 waitpid 函数，其中 id 是要等待的子进程的PID，NULL 表示不关心子进程的退出状态，WNOHANG 表示非阻塞等待。这意味着如果子进程尚未结束，waitpid 会立即返回而不是阻塞调用进程。

2. 返回值检查：

   • if(rid == id)：如果 waitpid 返回的PID与要等待的子进程的PID相同，说明子进程已经结束，打印成功消息并跳出循环。

   • else if(rid == 0)：如果 waitpid 返回0，说明子进程尚未结束，打印一条消息表示子进程还在运行，并休眠1秒后继续检查。这是非阻塞等待的典型行为。

   • else if(rid < 0)：如果 waitpid 返回负值，说明发生了错误，打印错误消息并跳出循环。