一、进程的基本概念
1、进程与程序
程序是存储在磁盘上的可执行文件，程序被加载到内存中开始运行称为进程，一个程序可以同时加载成多个进程，进程就是处于活动状态下的程序
2、进程的分类
进程根据功能不同一般分为三种类型：交互进程、批处理进程、守护进程
交互进程：由一个shell终端启动的进程，在运行过程中需要与用户进行交互操作，可以运行于前台，也可以在后台运行
批处理进程：该进程是一个进程的集合，负责按顺序执行预定义好的操作
守护进程：一般处于活跃状态，运行在后台，一般都是由系统在开机时通过启动系统脚本自动创建
3、查看进程
简单形式：ps 显示当前用户有控制终端的进程简单信息
列表形式：ps -auxw 以最大列宽显示所有进程的详细信息
USER 进程的属主
PID 进程的编号
%CPU CPU的使用率
%MEM 内存的使用率
VSZ 虚拟内存使用的字节数
RSS 物理内存使用的字节数
TTY 终端设备号 ？表示无终端控制
STAT 进程的状态
O 就绪态 等待被调度
R 运行态 Linux没有O，就绪也用R表示
S 可被唤醒的睡眠态，例如系统中断、获得资源、收到信号都可以唤醒进入R
D 不可被唤醒的睡眠态，只能被系统唤醒
T 暂停态 收到SIGSTOP转入T，收到SIGCONT转入R
Z 僵尸态
X 死亡状态
< 高优先级
N 低优先级
s 进程组中的领导者
l 多线程的进程
+ 处于后台的进程组
START TIME 进程运行总时间
COMMAND 进程的启动命令
4、父进程、子进程、孤儿进程、僵尸进程
一个进程可以被另一个进程创建，创建者称为被创建者的父进程，被创建者称为创建者的子进程，当子进程被父进程创建启动后在操作系统的调度下同时运行
当子进程先于父进程结束时，子进程会向父进程发送SIGCHLD信号，此时父进程应该去回收子进程的相关资源，如果父进程没有去回收子进程，那么子进程变成了僵尸进程
父进程先于子进程结束，子进程就变成孤儿进程，所有的孤儿进程都会被系统指定的一个进程领养(1 /sbin/init)接管，该进程就变成了孤儿进程的父进程
5、进程标识符 pid_t
每个进程都有一个以非负整数表示的唯一标识，即进程ID\PID
进程ID在任意时刻中都是唯一的，但是可以重用，进程一旦结束它的进程ID会被系统回收，过一段时间后，可以继续分配给新的进程(延时重用)
pid_t getpid(void);
功能：获取调用者的进程ID
pid_t getppid(void);
功能：获取调用者父进程的进程ID
二、进程的创建
pid_t fork(void);
功能：创建一个子进程
返回值：成功时一次调用两次返回，子进程返回0，父进程返回的是子进程的pid
当进程的数量超过系统的限制可能会创建失败返回一次-1
注意：
1、子进程创建成功后，会与父进程同样从fork处开始继续往下执行，为了让父子进程分别执行不同的功能，可以通过返回值的不同让它们进入不同的分支语句
2、通过fork创建的子进程会拷贝父进程的数据段、bss段、堆、栈、I/O流缓冲区等数据，与父进程共享代码段的数据，子进程会继承父进程的信号处理方式
3、fork结束后，不确定是父进程先返回还是子进程先返回，可以通过休眠函数来让另一个进程先执行
4、通过fork创建的子进程可以共享父进程的文件描述符
练习1：通过fork创建4个子进程，再为这4个子进程各自创建2个子进程
pid_t vfork(void);
功能：以加载可执行程序的方式创建并运行子进程
返回值：成功子进程返回0 父进程返回子进程pid
注意：
1、子进程一定先返回，此时子进程不算完全创建成功，需要加载一个可执行程序来替换当前子进程的所有资源，替换完成后子进程才算完全的创建成功，此时父进程才会返回
使用exec系列函数让子进程加载可执行程序
int execl(const char *path, const char *arg, ...
/* (char *) NULL */);
path：要加载的可执行文件的路径
arg：命令行参数 最后一个一定要以NULL结尾
int execlp(const char *file, const char *arg, ...
/* (char *) NULL */);
file：要加载的可执行文件的名字，会根据PATH环境变量中记录的路径查找并加载该文件
注意：如果想要指定一个路径，那么需要在配置文件中增加PATH的值
int execle(const char *path, const char *arg, ...
/*, (char *) NULL, char * const envp[] */);
path：要加载的可执行文件的路径
arg：命令行参数 最后一个一定要以NULL结尾
envp：环境变量表
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[],
char *const envp[]);
注意：
1、exec系列函数成功不返回，失败才会返回-1
2、以vfork、exec函数创建出来的子进程不会继承父进程的信号处理方式，但是能继承父进程的信号屏蔽集
考点：对比fork和vfork区别？
1. fork(): 子进程拷贝父进程的数据段，代码段
vfork(): 子进程与父进程共享数据段
2. fork(): 父子进程执行次序不确定
vfork(): 保证子进程先运行，在调用exec()或exit()之前，与父进程数据共享，在exec()或exit()调用之后，父进程才能运行
3. 在使用vfork函数在调用exec()或exit()之前，子进程依赖于父进程的进一步动作，将会导致死锁
int system(const char *command);
功能：创建子进程加载command程序来执行系统命令
三、进程的正常退出
1、执行了main函数的return n语句，该返回值可以被父进程接收到
2、进程调用了exit函数，该函数是属于C标准库提供的
void exit(int status);
功能：能在任意时候结束进程
status：结束状态码EXIT_SUCCESS\EXIT_FAILURE，效果与main函数return 的值等同
注意：该函数不会返回
int atexit(void (*function)(void));
功能：向内核注册绑定一个进程结束前要执行的函数
int on_exit(void (*function)(int,void *),void *arg);
功能：向内核注册绑定一个进程结束前要执行的函数
arg：会在调用function的时候传递给该函数
进程正常退出前要完成步骤：
1、先调用atexit\on_exit函数进行注册的函数，如果注册多个函数，结束时这些函数的执行顺序与注册顺序相反
2、冲刷并关闭所有打开状态下的标准IO流
3、调用_exit\_Exit函数
3、调用_exit\_Exit函数
void _exit(int status);
功能：结束进程，由系统提供
void _Exit(int status);
功能：结束进程，由标准库提供
1、它们的参数status会被父进程获取到
2、结束前会关闭所有打开状态下的系统IO的文件描述符
3、向父进程发出结束信号SIGCHLD
4、该函数不会返回
4、进程的最后一个线程执行了return返回语句
5、进程的最后一个线程执行了pthread_exit函数
四、进程的异常终止
1、进程调用了abort函数，产生了SIGABRT信号
2、进程接收到了其他进程的某些信号，导致终止
3、进程自己的错误操作导致终止，例如：段错误、除零等
4、进程的最后一个线程接收到了"取消"请求操作，并响应了请求
注意：以上的异常终止方式，都会让父进程无法获取结束进程的结束状态码，所以才叫异常终止
注意：无论进程是如何结束的，他们的资源都会被回收，所有的文件描述符、文件指针都会被关闭
五、子进程的回收
对于任何结束方式，都希望父进程能够获取到，通过wait、waitpid函数可以知道子进程是如何结束的以及结束状态码
pid_t wait(int *status);
功能：等待任意子进程的结束，并获取其结束状态码
status：输出型参数
返回值：子进程的ID
1、如果所有子进程都还运行，则阻塞等待
2、如果有一个子进程结束，立即返回该进程的结束状态码和pid
3、如果没有子进程运行，立即返回-1
WIFEXITED(status)
判断子进程是否是正常退出，如果是返回真
WEXITSTATUS(status)
如果子进程是正常退出的，可以获取正确的结束状态码，只获取低八位
WIFSIGNALED(status)
判断子进程是否是异常退出，如果是返回真
WTERMSIG(status)
如果子进程是异常退出的，可以获取杀该子进程的信号id
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能：指定回收某个或者某些子进程的状态
pid：
<-1 等待组id为abs(pid)的进程组中的任意子进程结束
-1 等待任意子进程结束 功能与wait等同
0 等待调用者同组的任意子进程结束
>0 等待该进程结束
status：处理与wait等同
options：等待模式
0 正常的阻塞模式 等同wait
WNOHANG 非阻塞模式 如果没有子进程结束，立即返回0
WUNTRACED 如果等待的子进程中有处于暂停态的，立即返回该子进程的状态码
WCONTINUED 如果等待的子进程中有从暂停态转入为运行的，立即返回该子进程的状态码
用于判断和获取status的宏函数：
WIFSTOPPED 判断状态码，如果子进程是转入暂停态，返回真
WSTOPSIG 当子进程是暂停态返回时，获取导致暂停态的信号id
WIFCONTINUED 判断状态码，如果子进程是由暂停态转入运行态，返回真
注意：
1、如果没有子进程结束 wait会阻塞等待，如果在父进程的业务逻辑代码出wait，会对父进程的业务产生阻塞影响，因为子进程结束时会给父进程发送SIGCHLD信号，可以通过在父进程中注册该信号处理函数，在该函数内执行wait，就不影响父进程的业务执行，但是信号最好选择可靠信号
2、waitpid可以选择不阻塞等待，因此不需要像wait一样在信号处理函数中执行，可以直接在父进程的业务逻辑中调用不受影响