Linux进程线程学习笔记：进程控制
周银辉
创建新进程后得学好如何控制它，至少得知道如何“中止”它，下面介绍几个常用函数。
1，进程的各个状态
为了更好地理解进程控制，我们需要知道进程状态这个概念。和其他普通事物一样，进程始终处于一系列的状态中，比如我们至少可以想象出“运行”，“休眠”之类的。
TASK_RUNNING :
可执行状态。这是 “进程正在被CPU执行” 和 “进程正在可执行队列中等待被CPU执行” 统称。也可以将它们拆开成“RUNNING”和“READY”两种状态。
TASK_INTERRUPTIBLE 和 TASK_UNINTERRUPTIBLE：
可中断的睡眠状态 和 不可中断的睡眠状态。处于睡眠状态的进程不会被调度到CPU进行执行，而是否可中断的意思是指进程是否会响应异步信号，如果是可中断的，当进程收到某个信号时其会重新回到TASK_RUNNING状态。值得注意的是，如果处于不可中断的睡眠状态时，进程将不响应异步信号，比如你无法“kill -9”
TASK_STOPPED
暂停状态。这里的STOPPED是指停止运行（暂停），而不是进程终止。向进程发送SIGSTOP信号可以让进程暂停下来，相反，发送SIGCONT可以将其从TASK_STOPPED状态唤醒而重新进入TASK_RUNNING状态。
TASK_TRACED
被跟踪状态。一个进程被另一个进程“TRACE（跟踪）"最经典的例子是DEBUG，比如使用gdb或任何一款ide的debug功能。TASK_TRACED和TASK_STOPPED非常相近，都是让进程暂停下来，区别是不能通过向TASK_TRACED的进程发送SIGCONT信号让其恢复，只能由跟踪该进程的那个进程发送PTRACE_CONT,PTRACE_DETACH等，也就是说得让跟踪进程来决定是否挂起或继续被跟踪进程，当然，跟踪进程如果退出的话，被跟踪进程也会重新回到TASK_RUNNING状态
TASK_DEAD
僵尸状态。很搞笑的名字，之所以是“僵尸”而不是“死亡”是因为进程已不响应任何信号以及大部分相关数据已被清除，但其TASK_STRUCT结构仍存在，这个结构相当于进程的“躯壳”，还保留着一些信息，父进程可以利用这些信息得到进程终止前的一些状态。如果你看到某些文档上描写的ZOMBIE也是指的这个状态。
关于这个状态，可以参考非常有意思的“linux进程状态D和Z的处理” （D指的是TASK_UNINTERRUPTIBLE， Z则是指的TASK_DEAD）
下图描述了进程各个状态之间的相互转化
2, 退出/终止进程
void _exit(int status) 与 void exit(int status)
这两个函数都是让进程退出， 参数status表示进程将以何种状态退出，在<stdlib.h>中预定义了一些状态，比如EXIT_SUCCESS(值为0)表示以成功状态退出，EXIT_FAILURE(值为1)表示以失败状态退出。
调用_exit函数时，其会关闭进程所有的文件描述符，清理内存以及其他一些内核清理函数，但不会刷新流(stdin, stdout, stderr ...). exit函数时在_exit函数之上的一个封装，其会调用_exit，并在调用之前先刷新流。
参考下面这段代码：
#include <unistd.h> //for fork()
#include <sys/wait.h> //for wait(int *)
#include <stdlib.h> //for EXIT_SUCCESS
int main ()
{
printf("app start...\n");
if(fork() == 0)
{
printf("do something in child process ...\n");
exit(EXIT_SUCCESS);
printf("this will not been executed\n");
}
int status;
wait(&status);
printf("app end\n");
return 0;
}
上面的代码无论时用exit还是_exit输出结果都如下：
do something in child process ...
app end
这是因为stdout缓冲区是按行缓冲的，当遇到换行符时会刷新当前缓冲区，所以当进程退出前即便_exit不刷新，"do somethign in child process "这句话仍然被输出到了屏幕上。
现在我们将使用不带换行符的printf, 并且也不调用fflush之类的函数，在使用_exit试试：
#include <unistd.h> //for fork()
#include <sys/wait.h> //for wait(int *)
#include <stdlib.h> //for EXIT_SUCCESS
int main ()
{
printf("app start...\n");
if(fork() == 0)
{
printf("do something in child process ...");
_exit(EXIT_SUCCESS);
printf("this will not been executed\n");
}
int status;
wait(&status);
printf("app end\n");
return 0;
}
输出结果为：
app end
如果换成exit则输出结果为：
do something in child process ...app end
void abort ()
非正常地退出进程。其会产生一个SIGABORT信号(关于信号，会在下一篇“进程间通信”介绍)，然后使进程戛然而止，也就意外着其不会进行清理工作, 但它会刷新缓冲区。
#include <unistd.h> //for fork()
#include <sys/wait.h> //for wait()
#include <stdlib.h> //for EXIT_SUCCESS
int main ()
{
printf("app start...\n");
if(fork() == 0)
{
printf("do something in child process ...");
abort();
printf("this will not been executed\n");
}
int status;
wait(&status);
printf("app end\n");
return 0;
}
输出为：
do something in child process ...app end
void atexit( void (*f) () )
如果想在进程正常结束之前干一点自定义的事情，就可以调用这个函数. 其简单地利用你传入的函数指针执行一个函数回调。
值得注意的是：其仅仅在调用exit函数结束进程或进程执行完所有代码后自然结束这两种状态下，回调函数才会被执行，也就是说如果进程是被_exit或abort结束的，则atexit函数无效
#include <unistd.h> //for fork()
#include <sys/wait.h> //for wait()
#include <stdlib.h> //for EXIT_SUCCESS
void before_exit()
{
printf("1,2,3 exit!\n");
}
int main ()
{
printf("app start...\n");
if(fork() == 0)
{
printf("do something in child process ...\n");
void (*f)() = before_exit;
atexit(f);
exit(EXIT_SUCCESS);
printf("this will not been executed\n");
}
int status;
wait(&status);
printf("app end\n");
return 0;
}
do something in child process ...
1,2,3 exit!
app end
3，暂停进程
int pause()
暂停进程，可以使用pause函数，其会挂起当前进程直到有信号来唤醒或者进程被结束。
随便提一下，如果你仅仅需要简单地暂停一下（press any key to continue...）, 可以使用 system("pause")这个系统调用，甚至是getch()之类的。
关于pause这个函数的Demo和更详细的理解，由于其会涉及到比较多与“信号”相关的知识，所以我打算放到下一篇“进程间通信”来讲
unsigned sleep(unsigned seconds)
int usleep(useconds_t useconds)
int nanosleep(const struct timespec *rqtp, struct timespec *rmtp)
sleep系列函数都是让进程挂起一段时间，sleep只能精确到秒，usleep能精确到微妙，而nanosleep传说精度更高。
4，进程跟踪
long ptrace(/*some args*/)
要像debug程序一样去跟踪进程，是一个比较复杂的问题，接下来我会写一篇“进程跟踪(ptrace)”专门来讲。
5，waitpid 与 wait（等待子进程结束）
大家经常看到的关于waitpid的经典例子是：你下载了某个软件的安装程序A，其在安装即将结束时启动了另外一个流氓软件的安装程序B，当B也安装结束后，其告诉你所有安装成功了。A和B分别在不同的进程中，A如何启动B并知道B安装完成了呢？可以很简单地在A中用fork启动B，然后用waitpid(或wait)来等待B的结束。
pid_t waitpid(pid_t pid, int *stat_loc, int options);
参数pid：
如果大于0，表示父进程所需要等待的子进程的进程号
如果等于0，则表示任意任意group id和父进程相同的子进程
如果等于-1, 则表示等待任意子进程（有多个子进程时，任意进程结束，函数都会返回），此时waitpid和wait相同。
如果小于－1，则取其绝对值作为需要等待的子进程的进程号
参数stat_loc:
表示进程退出时进程状态的存储位置，有一些专门的宏类根据该位置计算状态值，可以参考这里。
参数options:
这个参数控制函数是否立即返回，它有三个值：0，WNOHANG（值为1），WUNTRACED（值为2），这三个值多少让有有些迷惑，有个帖子中是如此说的：options的各个常量不是互斥关系，而是通过按位或运算组合起来的关系。进程的状态数是有限的，所有的进程状态改变可能性，是一个元素个数有限的集合，waitpid中指定的子进程的状态改变，必然是这个集合的子集，记为A。options决定如何取A中的元素，默认时(0)，只有A不是空集的时候，才会返回，否则阻塞。WNOHANG 告诉waitpid，即使A是空集，也不会挂起，而是立即返回。WUNTRACED 告诉waitpid，如果A中含有进程STOPED状态，也立即返回。如果是被trace的子进程，那么即使不提供WUNTRACED参数，也会理解返回。
另外，关于waitpid和wait的关系： wait(&status) 等于 waitpid(-1, &status, 0)
#include <unistd.h> //for fork()
#include <sys/wait.h> //for wait()
#include <stdlib.h> //for EXIT_SUCCESS
int main ()
{
printf("app start...\n");
printf("do something in main process\n");
sleep(5);
if(fork() == 0)
{
printf("do something in child process ...\n");
sleep(5);
exit(EXIT_SUCCESS);
printf("this will not been executed\n");
}
int status;
wait(&status);
printf("app end\n");
return 0;
}
wait的另外一个用途是替子进程“收尸”，这有点难听，但是一个恰当的比喻。我们知道，当进程结束后，进程的大部分资源会被回收，比如释放内存，关闭描述符等，但表示进程的那个结构体STRUCT_TASK却还存在，此时的进程相当于“灵魂已亡，尸体犹在”，所以称之为ZOMBIE状态，这个结构体存在是有它的意义的，因为进程在退出前会讲一些信息保存在其中，父进程可以在wait或waitpid中得到这个结构体并取得相关信息，最后在讲结构体销毁，子进程彻底地消失了。 关于僵尸进程，更多地可以看这里