1）进程控制• 进程创建：要求学生使用fork()系统调用创建新的进程，分配进程控制块（PCB），初始化进程的相关信息，如进程标识符、状态、优先级等，并将新进程插入到就绪队列中。• 进程撤销：要求学生使用wait()或waitpid()系统调用回收进程占用的资源，包括内存、文件描述符等，并将进程从系统中移除。

<think>我们面对的问题是如何正确使用fork()创建新进程以及使用wait()/waitpid()回收子进程。下面我将按照步骤详细解释。###1.使用fork()创建新进程fork()系统调用会创建一个新进程（子进程），该进程是调用进程（父进程）的副本。创建后，父子进程从fork()返回处开始并发执行。**关键点：**-父进程中：fork()返回子进程的PID（正整数）-子进程中：fork()返回0-出错时：返回-1，不创建子进程**初始化相关信息**：子进程会继承父进程的大部分属性，但有时需要显式初始化（如修改某些变量、重置状态等）。通常在子进程分支（pid==0）内进行初始化操作。示例代码：```c#include<stdio.h>#include<unistd.h>//提供fork(),getpid(),getppid()#include<sys/wait.h>//提供wait(),waitpid()#include<stdlib.h>//提供exit()intmain(){pid_tpid;printf("Parentprocess(PID=%d)starts\n",getpid());pid=fork();//创建子进程if(pid==-1){perror("forkfailed");exit(EXIT_FAILURE);}if(pid==0){//子进程分支printf("Childprocess(PID=%d)created,parentPID=%d\n",getpid(),getppid());//子进程初始化操作：例如执行新程序或执行特定任务//这里简单示例：子进程睡眠2秒后退出sleep(2);printf("Childprocess(PID=%d)terminates\n",getpid());exit(EXIT_SUCCESS);//子进程退出}else{//父进程分支printf("Parentprocess(PID=%d)createdchild(PID=%d)\n",getpid(),pid);//父进程可以继续执行其他任务，然后等待子进程结束}//此处代码父子进程都会执行到？注意：上面子进程分支有exit()，所以子进程不会执行到这里//而父进程会继续执行下面的代码return0;}```###2.使用wait()或waitpid()回收子进程当子进程终止时，内核会保留其退出状态（称为“僵尸进程”）直到父进程获取该状态。使用wait()或waitpid()可以：-回收子进程资源（移除僵尸进程）-获取子进程退出状态####wait()函数-阻塞等待任意一个子进程终止-函数原型：`pid_twait(int*status);`-参数：`status`指针，用于存储子进程退出状态（可用宏解析）-返回值：成功时返回终止子进程的PID；出错返回-1####waitpid()函数-可以指定等待哪个子进程，以及是否阻塞-函数原型：`pid_twaitpid(pid_tpid,int*status,intoptions);`-参数：-`pid`：指定等待的子进程PID，若为-1则等待任意子进程（类似wait）-`status`：同wait()-`options`：常用选项：-`0`：阻塞等待-`WNOHANG`：非阻塞，即立即返回，即使子进程尚未结束-返回值：-正常：返回终止子进程的PID-若使用WNOHANG且无子进程终止：返回0-出错：-1####在父进程中添加等待逻辑修改上面父进程分支后的代码：```c//...（前面代码同上面示例）}else{printf("Parentprocess(PID=%d)createdchild(PID=%d)\n",getpid(),pid);intstatus;pid_tchild_pid=waitpid(pid,&status,0);//阻塞等待指定子进程if(child_pid==-1){perror("waitpidfailed");exit(EXIT_FAILURE);}if(WIFEXITED(status)){printf("Parent:child(PID=%d)exitedwithstatus%d\n",child_pid,WEXITSTATUS(status));}elseif(WIFSIGNALED(status)){printf("Parent:child(PID=%d)killedbysignal%d\n",child_pid,WTERMSIG(status));}}printf("Parentprocess(PID=%d)ends\n",getpid());return0;```###3.完整示例代码结合上述步骤，完整代码如下：```c#include<stdio.h>#include<unistd.h>#include<sys/wait.h>#include<stdlib.h>intmain(){pid_tpid;printf("Parentprocess(PID=%d)starts\n",getpid());//创建子进程pid=fork();if(pid==-1){perror("forkfailed");exit(EXIT_FAILURE);}if(pid==0){//子进程printf("Childprocess(PID=%d)created,parentPID=%d\n",getpid(),getppid());sleep(2);//模拟子进程工作printf("Childprocess(PID=%d)terminates\n",getpid());exit(42);//子进程退出，返回状态42（注意：退出状态低8位有效，范围0-255）}else{//父进程printf("Parentprocess(PID=%d)createdchild(PID=%d)\n",getpid(),pid);intstatus;pid_tchild_pid=waitpid(pid,&status,0);//阻塞等待子进程if(child_pid==-1){perror("waitpidfailed");exit(EXIT_FAILURE);}if(WIFEXITED(status)){printf("Parent:child(PID=%d)exitednormallywithstatus%d\n",child_pid,WEXITSTATUS(status));//输出42}elseif(WIFSIGNALED(status)){printf("Parent:child(PID=%d)killedbysignal%d\n",child_pid,WTERMSIG(status));}}printf("Parentprocess(PID=%d)ends\n",getpid());return0;}```###运行结果分析运行该程序，输出将类似于：```Parentprocess(PID=1234)startsParentprocess(PID=1234)createdchild(PID=1235)Childprocess(PID=1235)created,parentPID=1234Childprocess(PID=1235)terminatesParent:child(PID=1235)exitednormallywithstatus42Parentprocess(PID=1234)ends```###关键知识点1.**fork()**：创建子进程，父子进程共享代码段，数据段、堆栈段采用写时复制（Copy-On-Write）[^4]。2.**exit()**：子进程通过exit()结束，退出状态由父进程获取。3.**waitpid()**：父进程通过waitpid()等待子进程结束，并获取退出状态（避免僵尸进程）。4.**状态解析宏**：-`WIFEXITED(status)`：子进程正常退出（调用exit或return）时为真-`WEXITSTATUS(status)`：获取子进程退出状态（即exit()的参数的低8位）-`WIFSIGNALED(status)`：子进程被信号终止时为真-`WTERMSIG(status)`：导致子进程终止的信号编号§§相关问题§§1.fork()之后父子进程的文件描述符是如何继承的？2.如何处理多个子进程的回收（使用循环等待）？3.wait()和waitpid()的主要区别是什么？4.什么是僵尸进程？如何避免僵尸进程的产生？</think> ### 🖥 使用 `fork()` 创建进程与 `wait()/waitpid()` 回收进程的实现步骤 #### 1. **`fork()` 创建新进程** `fork()` 是 Linux 中的系统调用，用于创建子进程作为父进程的副本。创建后父子进程从相同位置继续执行，通过返回值区分角色： ```c #include <stdio.h> #include <unistd.h> // 包含 fork() #include <sys/types.h> int main() { pid_t pid = fork(); // 创建子进程 if (pid == -1) { // 创建失败 perror("fork"); return 1; } else if (pid == 0) { // 子进程分支 printf("子进程 PID=%d (父进程 PID=%d)\n", getpid(), getppid()); // 初始化子进程独有信息（如重置计数器、加载新任务等） // ... _exit(0); // 子进程结束 } else { // 父进程分支 printf("父进程 PID=%d (子进程 PID=%d)\n", getpid(), pid); // 父进程继续执行其他任务 } return 0; } ``` **初始化的关键操作**： - 子进程中调用 `exec()` 系列函数加载新程序[^4] - 重新配置信号处理（`signal()` 或 `sigaction()`） - 修改环境变量或资源限制（`setenv()`, `setrlimit()`） #### 2. **`wait()/waitpid()` 回收进程** 当子进程终止后，父进程需回收其资源，避免僵尸进程（Zombie Process）： ```c #include <sys/wait.h> // 包含 wait()/waitpid() // 在父进程中添加等待逻辑 int status; pid_t child_pid = waitpid(pid, &status, 0); // 阻塞等待特定子进程 if (child_pid == -1) { perror("waitpid"); } else { if (WIFEXITED(status)) { // 正常退出 printf("子进程 %d 退出码: %d\n", child_pid, WEXITSTATUS(status)); } else if (WIFSIGNALED(status)) { // 信号终止 printf("子进程 %d 被信号 %d 终止\n", child_pid, WTERMSIG(status)); } } ``` #### 3. **完整实现示例** ```c #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <sys/wait.h> #include <stdlib.h> int main() { pid_t pid = fork(); if (pid == 0) { // 子进程 printf("[子进程] PID=%d 启动（将执行睡眠2秒）\n", getpid()); sleep(2); // 模拟任务执行 printf("[子进程] PID=%d 结束\n", getpid()); exit(42); // 退出码42 } else if (pid > 0) { // 父进程 printf("[父进程] PID=%d 等待子进程 %d\n", getpid(), pid); int status; waitpid(pid, &status, 0); // 阻塞等待 if (WIFEXITED(status)) { printf("[父进程] 子进程退出码: %d\n", WEXITSTATUS(status)); } } else { perror("fork"); return 1; } return 0; } ``` ### 🔍 关键机制说明 1. **写时复制（Copy-On-Write）** 子进程创建时共享父进程内存空间，仅当修改数据时才复制物理内存[^4]，显著降低创建开销。 2. **进程资源继承** 子进程继承父进程的： - 打开的文件描述符 - 信号处理设置 - 工作目录 - 用户/组ID 3. **僵尸进程避免** 若父进程未调用 `wait()`： - 子进程退出后保留退出状态（僵尸进程） - 占用系统进程表资源 - 解决方案：父进程必须调用 `wait()/waitpid()` 或忽略 `SIGCHLD` 信号 ### 🌟 使用场景建议 | 场景 | 推荐方式 | 说明 | |---------------------|-------------------|--------------------------| | 等待特定子进程结束 | `waitpid(pid,...)` | 精确控制回收目标 | | 等待任意子进程结束 | `wait()` | 适用于单子进程场景 | | 非阻塞回收 | `waitpid(-1, &status, WNOHANG)` | 轮询检查子进程状态 | > **注**：多子进程场景中需循环调用 `waitpid(-1, ...)` 直至返回 `ECHILD`[^3]。