一、進程創建

fork函數初識

在Linux中，fork函數是非常重要的函數，它從已存在進程中創建一個新進程。新進程為子進程，而原進程為父進程。

返回值：

在子進程中返回0，父進程中返回子進程的PID，子進程創建失敗返回-1。

進程調用fork，當控制轉移到內核中的fork代碼后，內核做：

• 分配新的內存塊和內核數據結構給子進程。
• 將父進程部分數據結構內容拷貝至子進程。
• 添加子進程到系統進程列表當中。
• fork返回，開始調度器調度。

fork之后，父子進程代碼共享。例如：

運行結果如下：

這里可以看到，Before只輸出了一次，而After輸出了兩次。其中，Before是由父進程打印的，而調用fork函數之后打印的兩個After，則分別由父進程和子進程兩個進程執行。也就是說，fork之前父進程獨立執行，而fork之后父子兩個執行流分別執行。

注意： fork之后，父進程和子進程誰先執行完全由調度器決定。

fork函數返回值

fork函數為什么要給子進程返回0，給父進程返回子進程的PID？

一個父進程可以創建多個子進程，而一個子進程只能有一個父進程。因此，對于子進程來說，父進程是不需要被標識的；而對于父進程來說，子進程是需要被標識的，因為父進程創建子進程的目的是讓其執行任務的，父進程只有知道了子進程的PID才能很好的對該子進程指派任務。

為什么fork函數有兩個返回值？

父進程調用fork函數后，為了創建子進程，fork函數內部將會進行一系列操作，包括創建子進程的進程控制塊、創建子進程的進程地址空間、創建子進程對應的頁表等等。子進程創建完畢后，操作系統還需要將子進程的進程控制塊添加到系統進程列表當中，此時子進程便創建完畢了。

也就是說，在fork函數內部執行return語句之前，子進程就已經創建完畢了，那么之后的return語句不僅父進程需要執行，子進程也同樣需要執行，這就是fork函數有兩個返回值的原因。

寫時拷貝

當子進程剛剛被創建時，子進程和父進程的數據和代碼是共享的，即父子進程的代碼和數據通過頁表映射到物理內存的同一塊空間。只有當父進程或子進程需要修改數據時，才將父進程的數據在內存當中拷貝一份，然后再進行修改。

這種在需要進行數據修改時再進行拷貝的技術，稱為寫時拷貝技術。

1、為什么數據要進行寫時拷貝？

進程具有獨立性。多進程運行，需要獨享各種資源，多進程運行期間互不干擾，不能讓子進程的修改影響到父進程。

2、為什么不在創建子進程的時候就進行數據的拷貝？

子進程不一定會使用父進程的所有數據，并且在子進程不對數據進行寫入的情況下，沒有必要對數據進行拷貝，我們應該按需分配，在需要修改數據的時候再分配（延時分配），這樣可以高效的使用內存空間。

3、代碼會不會進行寫時拷貝？

90%的情況下是不會的，但這并不代表代碼不能進行寫時拷貝，例如在進行進程替換的時候，則需要進行代碼的寫時拷貝。

fork常規用法

1. 一個進程希望復制自己，使子進程同時執行不同的代碼段。例如父進程等待客戶端請求，生成子進程來處理請求。
2. 一個進程要執行一個不同的程序。例如子進程從fork返回后，調用exec函數。

fork調用失敗的原因

fork函數創建子進程也可能會失敗，有以下兩種情況：

1. 系統中有太多的進程，內存空間不足，子進程創建失敗。
2. 實際用戶的進程數超過了限制，子進程創建失敗。

二、進程終止

進程退出場景

進程退出只有三種情況：

1. 代碼運行完畢，結果正確。
2. 代碼運行完畢，結果不正確。
3. 代碼異常終止（進程崩潰）。

進程退出碼

我們都知道main函數是代碼的入口，但實際上main函數只是用戶級別代碼的入口，main函數也是被其他函數調用的，例如在VS2013當中main函數就是被一個名為__tmainCRTStartup的函數所調用，而__tmainCRTStartup函數又是通過加載器被操作系統所調用的，也就是說main函數是間接性被操作系統所調用的。

既然main函數是間接性被操作系統所調用的，那么當main函數調用結束后就應該給操作系統返回相應的退出信息，而這個所謂的退出信息就是以退出碼的形式作為main函數的返回值返回，我們一般以0表示代碼成功執行完畢，以非0表示代碼執行過程中出現錯誤，這就是為什么我們都在main函數的最后返回0的原因。

當我們的代碼運行起來就變成了進程，當進程結束后main函數的返回值實際上就是該進程的進程退出碼，我們可以使用echo $?命令查看最近一次進程退出的退出碼信息。

例如，對于下面這個簡單的代碼：

代碼運行結束后，我們可以查看該進程的進程退出碼。

[cl@VM-0-15-centos procTermination]$ echo $?

這時便可以確定main函數是順利執行完畢了。

為什么以0表示代碼執行成功，以非0表示代碼執行錯誤？

因為代碼執行成功只有一種情況，成功了就是成功了，而代碼執行錯誤卻有多種原因，例如內存空間不足、非法訪問以及棧溢出等等，我們就可以用這些非0的數字分別表示代碼執行錯誤的原因。

C語言當中的strerror函數可以通過錯誤碼，獲取該錯誤碼在C語言當中對應的錯誤信息：

運行代碼后我們就可以看到各個錯誤碼所對應的錯誤信息：

實際上Linux中的ls、pwd等命令都是可執行程序，使用這些命令后我們也可以查看其對應的退出碼。

可以看到，這些命令成功執行后，其退出碼也是0。

但是命令執行錯誤后，其退出碼就是非0的數字，該數字具體代表某一錯誤信息。

注意： 退出碼都有對應的字符串含義，幫助用戶確認執行失敗的原因，而這些退出碼具體代表什么含義是人為規定的，不同環境下相同的退出碼的字符串含義可能不同。

進程正常退出

return退出

在main函數中使用return退出進程是我們常用的方法。

例如，在main函數最后使用return退出進程。

運行結果：

exit函數

使用exit函數退出進程也是我們常用的方法，exit函數可以在代碼中的任何地方退出進程，并且exit函數在退出進程前會做一系列工作：

1. 執行用戶通過atexit或on_exit定義的清理函數。
2. 關閉所有打開的流，所有的緩存數據均被寫入。
3. 調用_exit函數終止進程。

例如，以下代碼中exit終止進程前會將緩沖區當中的數據輸出。

運行結果：

_exit函數

使用_exit函數退出進程的方法我們并不經常使用，_exit函數也可以在代碼中的任何地方退出進程，但是_exit函數會直接終止進程，并不會在退出進程前會做任何收尾工作。

例如，以下代碼中使用_exit終止進程，則緩沖區當中的數據將不會被輸出。

運行結果：

return、exit和_exit之間的區別與聯系

return、exit和_exit之間的區別

只有在main函數當中的return才能起到退出進程的作用，子函數當中return不能退出進程，而exit函數和_exit函數在代碼中的任何地方使用都可以起到退出進程的作用。

使用exit函數退出進程前，exit函數會執行用戶定義的清理函數、沖刷緩沖，關閉流等操作，然后再終止進程，而_exit函數會直接終止進程，不會做任何收尾工作。

return、exit和_exit之間的聯系

執行return num等同于執行exit(num)，因為調用main函數運行結束后，會將main函數的返回值當做exit的參數來調用exit函數。

使用exit函數退出進程前，exit函數會先執行用戶定義的清理函數、沖刷緩沖，關閉流等操作，然后再調用_exit函數終止進程。

進程異常退出

情況一：向進程發生信號導致進程異常退出。

例如，在進程運行過程中向進程發生kill -9信號使得進程異常退出，或是使用Ctrl+C使得進程異常退出等。

情況二：代碼錯誤導致進程運行時異常退出。

例如，代碼當中存在野指針問題使得進程運行時異常退出，或是出現除0的情況使得進程運行時異常退出等。