Linux APUE学习：3、C程序的启动和终止

学习进程前，线应该了解进程环境，比如main函数是怎么被调用的、命令行参数是怎么传递给新程序的、典型的存储空间布局、如何分配另外的存储空间、进程如何使用环境变量、进程的各种不同中止方式。

main函数

C语言总是从main函数开始执行。main函数的原型是

1	int main(int argc, char *argv[]);

argc是命令行参数的数目，argv是指向参数的各个指针所构成的数组。

当内核执行c程序时（使用了一个exec函数），在调用main前先调用一个特殊的启动例程（也称为启动代码）。可执行文件将此启动例程指定为程序的起始地址——这是由连接器设置的。

这个启动例程被执行前，可执行文件需要经过连接器的处理，以将各个模块的目标文件链接起来生成可执行文件。在链接过程中，连接器会将启动例程的地址设置为程序的起始地址，这样操作系统就能够通过该地址开始执行程序。

在启动例程中，通常会进行一些初始化工作，例如设置堆栈、初始化全局变量等操作。然后，启动例程会跳转到main函数的入口处，开始执行程序的主要逻辑。

启动例程从内核取得命令行参数和环境变量值，为调用main函数做好安排。

进程终止

一共有8种方式使进程终止，其中5种为正常中止，为：

从main函数中return返回
调用exit()函数
调用_exit()函数或_Exit()
最后一个线程从其启动例程返回
从最后一个线程调用pthread_exit()

3种为异常中止：

调用abort()
接到一个信号
最后一个线程对取消请求做出相应

在前面提到的在启动例程（也就是程序运行时最开始执行的一段代码）中，编写了使得在 main 函数返回后立即调用 exit 函数的代码。

也就是说，当程序执行完 main 函数中的所有代码后，会立即跳转到 exit 函数执行相应的操作。一般情况下，exit 函数会结束程序的运行并返回一个指定的退出码，用于告诉操作系统当前程序的运行状态。

启动例程的编写常常使用汇编语言编写，若换成c语言代码的形式表示，上述的启动例程的一段可表示为
1
exit(main(argc, argv));

退出函数

Linux下有3个函数用于正常终止一个函数，_exit()和_Exit()立即进入内核，eixt()则先执行一些清理处理，然后才返回内核。

// 使用不同头文件的原因是exit 和_Exit 是由ISOC说明的,而_exit 是由POSIX1说明的。
#include <stdlib.h>
void exit(int status);
void _Exit(int status);

#include <unistd.h>
void _exit(int status);

exit()函数总是执行一个标准I/O库的清理关闭操作：对于所有已经打开的流调用fclose()函数，使得输出缓冲中的数据都被冲洗（写到文件上去）。

3个函数都有一个相同的整型形参，称之为终止状态（也称退出状态，exit status）。大多数的Unix系统都提供检查进程终止状态的方法。

例如，在执行一个可执行文件后，使用echo $?命令查看进程终止状态。

# 执行完一个可执行文件后
$ ./a.out
# 执行结果
hello world
# 查看进程终止码
$ echo $?
# 打印进程终止状态
0

在以下情况下，进程的终止状态是随机的，即中止码是随机的，在不同的系统上编译该程序执行后，可能得到不同的终止码。这取决于main函数返回是栈和寄存器的内容：

调用这三种终止函数时不带终止状态

main函数执行了一个无返回值的return语句

main没有声明返回类型为整数，则该进程的终止状态是未定义的

同样也要记住这几点：

其他任何普通函数在任何位置调用return()只会导致本函数返回，而main()函数在任何位置调用return()都会导致程序退出进程终止

main()函数里的return()会调用exit()函数，而在其他任何函数的任何位置如果调用 exit()将会导致程序退出

若main()函数的返回类型是整型，即声明int main()，并且main函数在执行到最后一条语句时返回，即使没有使用return语句或指定了无返回值的return语句，都会默认执行return 0，终止状态为0，这称之为隐性声明。

atexit()函数

atexit()称之为注册终止函数，它可以用来登记注册一个函数，当程序执行exit()函数的时候，会依照atexit()函数登记的顺序后入先出（类似于栈出栈入栈）的执行这些函数。

一个进程可以登记若干个函数，这些函数由exit自动调用，这些函数被称为终止处理函数，atexit()函数可以登记这些函数。exit()调用终止处理函数的顺序和atexit()登记的顺序相反，如果一个函数被多次登记，也会被多次调用。

按照ISOC的规定，一个进程可以登记多至32 个函数，这些函数将由exit 自动调用。

1 2	#include <stdlib.h> int atexit(void (*func)(void)); // 返回值：success -> 0; error -> !0

使用例程示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void hello()
{
    printf("hello ");
}

void world()
{
    printf("world!\n");
}

int main (int argc, char **argv)
{
    printf("主程序先运行\n");
    atexit(world);
    atexit(hello);
    printf("主程序运行结束\n");
    return 0;
}

atexit()函数使用示例

这里可以观察到两个现象

atexit()注册的函数是在程序结束，执行exit()后调用的
atexit()注册的函数类似栈，后入先出，先注册的函数后执行
还有一个特性是一个函数可以被多次注册，然后多次调用，这里没有演示

ISOC要求，系统至少应支持 32 个终止处理程序，但实现经常会提供更多的支持。
为了确定一个给定的平台支持的最大终止处理程序数，可以使用 sysconf 函数。

根据ISO C和POSIX.1，exit 首先调用各终止处理程序，然后关闭(通过 fclose)所有打开流。POSIX.1扩展了ISO C 标准，它说明，如若程序调用 exec 函数族中的任一函数，则将清除所有已安装的终止处理程序。即调用 exec 函数族创建的新的进程不继承已安装好的终止处理程序。需要注意的是，这只影响通过exec函数族创建的新进程，而不影响调用exec函数族的原始进程本身。