Linux——进程（下）

进程这块是 Linux 学习分水岭：明白了进程怎么来、怎么走、父进程怎么收、代码怎么换，后面学多线程、守护进程、容器原理都顺。这篇把进程创建的 fork 内核动作、进程退出的三种情况与退出码、等待子进程的 wait/waitpid、以及程序替换 exec 系列，按"为什么—怎么做—参数怎么传—返回值怎么看"四段讲清楚。

一、进程创建

进程调用 fork，控制流转入内核的 fork 代码后，内核做四件事：

1. 分配新的内存块和内核数据结构给子进程；
2. 把父进程的部分数据结构内容拷贝给子进程；
3. 把子进程加入系统进程列表；
4. fork 返回，调度器开始调度。

对应用户侧一句话：子进程拿到的是父进程的副本，之后父子各自独立运行。

二、进程退出

1. 为什么要退出

释放代码和数据占用的空间，释放内核数据结构。

2. 退出的三种情况

• 代码跑完，结果正确；
• 代码跑完，结果不正确；
• 代码执行时出现异常，提前退出。

父进程 bash 通过 echo $? 拿到最近一个子进程的退出码，据此判断子进程情况：退出码 0 表示成功，非 0 表示失败，非 0 有很多种，每个退出码对应不同的失败原因。可以用 strerror 把退出码翻成文字，原型是：

char *strerror(int errnum);

要点：衡量一次进程退出只看两个数字——退出码和退出信号。所谓的"异常退出"，本质是进程收到了 OS 发来的进程信号。

3. 怎么退出

• main 函数里直接 return（注意 return 在非 main 函数里只表示函数结束）；
• 代码里调用 exit 函数，在任意位置调用都代表进程退出；
• 调用 _exit()，这是系统调用。

exit 和 _exit 的区别只有一条：exit 退出时会冲刷缓冲区，_exit 不会。写日志类程序时这个差别会造成"日志少几行"的诡异现象。

三、进程等待

1. 为什么等

• 父进程通过等待回收子进程、解决僵尸问题，回收系统资源（必须做）；
• 获取子进程退出信息，知道它为什么退出的（非必须）。

2. 怎么等

两个函数：

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

子进程退出之前，父进程会一直阻塞等待，不会执行自己的代码。

3. 参数怎么看

pid：

• pid 为 -1：等待任意一个子进程，等价于 wait；
• pid 大于 0：只等这个进程 ID 的子进程。

status：输出型参数，用来取子进程的退出信息（退出码 + 退出信号）。父进程不关心的话可以传 NULL。int 类型的 status 由 32 位构成，高 16 位不用；低 16 位里，高 8 位是退出码，低 7 位是退出信号。判断宏两个最常用：

WIFEXITED(status)   // 进程是否正常退出
WEXITSTATUS(status) // 取退出码，需先确认上面为真

options：默认 0，表示阻塞等待。改成 WNOHANG 就变成非阻塞等待：父进程只确认一次状态，不等，可以干别的；此时需要循环调用 waitpid，也就是"非阻塞等待 + 循环 = 非阻塞轮询"。

4. 返回值

阻塞等待：正常返回时 waitpid 返回回收到的子进程 PID；出错返回 -1，errno 置成对应值。

非阻塞等待三种返回值：

• 大于 0：等待成功，子进程已退出并被回收；
• 小于 0：等待失败；
• 等于 0：检测到了，但子进程还没完全退出，需要下一轮再来。

while ((ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {
    // 回收到一个子进程
}

这段轮询写法是 shell 脚本里"后台任务收尸"和 C 程序里优雅退出的通用骨架。

四、进程替换

用 exec 系列函数，在原本的程序中执行另一个新程序，叫程序替换。本质是 exec 系列相当于 Linux 上的加载函数，把新程序加载进内存。三个关键结论：

• exec 调用之后，后面的代码不会再执行，因为进程已经被替换；
• 返回值不用管——替换成功就不会继续往下跑，还能往下跑就说明失败了；
• 进程 = 内核数据结构 + 代码和数据，程序替换只换掉代码和数据，不创建新进程，复用原来的地址空间和页表，重新建映射。

父进程创建子进程后让子进程去执行新程序时，父子代码数据会发生写时拷贝，子进程拿到新代码新数据，与父进程完全独立。

1. execl

int execl(const char *path, const char *arg, ...);

后缀 l 代表 list，按列表方式传参。path 是程序所在路径，必须给全；arg 是程序名（命令名）；省略号是变参，可继续追加参数，参数必须以 NULL 结尾。

execl("/usr/bin/ls", "ls", "-l", "-a", NULL);

2. execv

int execv(const char *path, char *const argv[]);

后缀 v 代表 vector 数组，命令从数组里取。argv 就是存放命令的数组：

char *const argv[] = {"ls", "-l", "-a", NULL};
execv("/usr/bin/ls", argv);

3. execlp 与 execvp

int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);

p 代表环境变量 PATH。这两个功能与上面两种完全相同，区别是第一个参数不用传路径，只传程序名，函数会去 PATH 里找。日常写脚本优先用带 p 的。

4. execle 与 execvpe

int execle(const char *file, const char *arg, ..., char *const envp[]);
int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

e 代表环境变量，用这两种函数可以替换程序原本的环境变量。

五、把四件事连起来

fork 造子进程 → 子进程调 exec 换成目标程序 → 干完 exit/异常退出 → 父进程 waitpid 收尸并拿退出码。这条链路就是 shell 执行一条命令的完整过程：bash fork 一个子进程，子进程 exec 成 ls，ls 跑完退出，bash 用 $? 拿到退出码。理解这条链路，后面看 && 与 || 的短路逻辑、看容器的 PID 1、看进程树的僵尸，就都通了。

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本文按 fork 创建的四步内核动作、进程退出三种情况与退出码加退出信号两个数字、exit 与 _exit 的缓冲区差异、wait 与 waitpid 的 pid/status/options 三参数与 WNOHANG 轮询写法、exec 系列 l/v/p/e 四类后缀的含义与原型，重排成一条"创建—退出—等待—替换"的完整链路。函数原型与宏取自 Linux 通用程序设计手册，示例代码为教学示意，请在自有编译环境中验证；程序替换与信号相关操作仅用于合法学习与自有服务排障。