linux进程之fork 和 exec函数

---恢复内容开始---

fork函数

该函数是unix中派生新进程的唯一方法。

　　#include　<unistd.h>

　　pid_t   fork(void);

返回： （调用它一次， 它返回 两次 ， 它在调用进程（称为父进程）中返回一次， 返回值是新派生进程（称为子进程）的进程ID号

　　　　在子进程又返回一次，返回值为0。 因此，返回值本身告知当前进程是子进程还是父进程）

　　 在子进程中为0， 在父进程中为子进程ID，

　　 若出错则为-1；

fork有两个典型的用法：

　　1.一个进程创建一个自身的副本，这样每个副本都 可以在另一个副本执行其他任务的同时处理各自的某个操作。 这是网络服务器的典型用法；

　　2. 一个进程想要执行另一个程序。既然创建新进程的唯一办法是调用fork， 该进程于是首先调用fork创建一个自身的副本，然后另一个副本（通常为子进程）调用exec把自身替换成新的程序。 这是shell之类程序的典型用法；

　　exec把当前进程映像替换成新的程序文件，而且该新程序通常从main函数开始执行，进程ID并不改变。我们称调用exec的进程为调用进程（calling process），称新执行的程序为新程序（new program）

　　#include <unistd.h>

　　int  execl(const  char *pathname, const char *arg0,  .../);

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

　　int    execle(const char *pathname, const char *arg(), ....);

　　int   execve(const char  *pathname,  char *const argv[],  char *const envp[]);

　　int   execlp(const  char *filename, con)

 并发服务器在listen到连接之后，accept（）函数解除阻塞，然后服务器执行fork（）函数，在父进程中有listenfd,  和 由 accpet返回的已连接套接字即connfd， 而子进程也存在listenfd， 和由accept返回的已经连接套接字即connfd。 

　　下一步： 父进程关闭已连接的套接字connfd，保留listenfd继续监听。 子进程关闭listenfd套接字，保留connfd进行相应操作（read， write等操作）

getsockname  和  getpeername函数

===================================================================================================================

　　信号（signal） 就是告知某个进程发生了某个事件的通知，  有时也称为 “ software interrupt “ .  信号通常是异步发生的， 也就是说进程预先不知道信号的准确发生的时间；

　　信号可以：

　　　　1. 由一个信号发给另有一个进程（或自身）

　　　　2. 由内核发给某个进程；

　　每一个信号都有一个与之关联的处置（disposition）, 也称为行为（action）。 我们通过调用sigaction函数来设定一个信号的处置，并有三种选择。

　　(1) 我们提供一个函数， 只要有特定信号发生它就被调用。   这样的函数称为“信号处理函数（ signal handler）”, 这种行为称为 捕获信号（catch signal）. 

　　　　有两个信号不能被捕获，它们是SIGKILL  和 SIGSTOP。  信号处理函数由信号值这个单一的整数参数来调用， 且没有返回值，

　　　　其函数原型如下：

　　　　　　void  handler(int  signo);

　　　　对于大多信号来说，调用signcation函数   并指定信号发生所调用的函数  就是捕获信号所需做的全部工作；此外，SIGIO， SIGPOLL， SIGURG这些个别信号还要求捕获它们的进程 做其它额外 的工作；

　　（2）我们可以把某个信号的处置设定为SIG_IGN来忽略（ignore）它。  SIGKILL和SIGSTOP这两个信号不能被忽略；

　　（3）我们可以把某个信号的处置设定为 SIG_DFL来启用它的默认（default）处理。默认处置通常是在收到信号后终止进程，某些信号的默认default处理不同；

 

 

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fork函数

该函数是unix中派生新进程的唯一方法。

　　#include　<unistd.h>

　　pid_t   fork(void);

返回： （调用它一次， 它返回 两次 ， 它在调用进程（称为父进程）中返回一次， 返回值是新派生进程（称为子进程）的进程ID号

　　　　在子进程又返回一次，返回值为0。 因此，返回值本身告知当前进程是子进程还是父进程）

　　 在子进程中为0， 在父进程中为子进程ID，

　　 若出错则为-1；

fork有两个典型的用法：

　　1.一个进程创建一个自身的副本，这样每个副本都 可以在另一个副本执行其他任务的同时处理各自的某个操作。 这是网络服务器的典型用法；

　　2. 一个进程想要执行另一个程序。既然创建新进程的唯一办法是调用fork， 该进程于是首先调用fork创建一个自身的副本，然后另一个副本（通常为子进程）调用exec把自身替换成新的程序。 这是shell之类程序的典型用法；

　　exec把当前进程映像替换成新的程序文件，而且该新程序通常从main函数开始执行，进程ID并不改变。我们称调用exec的进程为调用进程（calling process），称新执行的程序为新程序（new program）

　　#include <unistd.h>

　　int  execl(const  char *pathname, const char *arg0,  .../);

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

　　int    execle(const char *pathname, const char *arg(), ....);

　　int   execve(const char  *pathname,  char *const argv[],  char *const envp[]);

　　int   execlp(const  char *filename, con)

 并发服务器在listen到连接之后，accept（）函数解除阻塞，然后服务器执行fork（）函数，在父进程中有listenfd,  和 由 accpet返回的已连接套接字即connfd， 而子进程也存在listenfd， 和由accept返回的已经连接套接字即connfd。 

　　下一步： 父进程关闭已连接的套接字connfd，保留listenfd继续监听。 子进程关闭listenfd套接字，保留connfd进行相应操作（read， write等操作）

getsockname  和  getpeername函数

===================================================================================================================

　　信号（signal） 就是告知某个进程发生了某个事件的通知，  有时也称为 “ software interrupt “ .  信号通常是异步发生的， 也就是说进程预先不知道信号的准确发生的时间；

　　信号可以：

　　　　1. 由一个信号发给另有一个进程（或自身）

　　　　2. 由内核发给某个进程；

　　每一个信号都有一个与之关联的处置（disposition）, 也称为行为（action）。 我们通过调用sigaction函数来设定一个信号的处置，并有三种选择。

　　(1) 我们提供一个函数， 只要有特定信号发生它就被调用。   这样的函数称为“信号处理函数（ signal handler）”, 这种行为称为 捕获信号（catch signal）. 

　　　　有两个信号不能被捕获，它们是SIGKILL  和 SIGSTOP。  信号处理函数由信号值这个单一的整数参数来调用， 且没有返回值，

　　　　其函数原型如下：

　　　　　　void  handler(int  signo);

　　　　对于大多信号来说，调用signcation函数   并指定信号发生所调用的函数  就是捕获信号所需做的全部工作；此外，SIGIO， SIGPOLL， SIGURG这些个别信号还要求捕获它们的进程 做其它额外 的工作；

　　（2）我们可以把某个信号的处置设定为SIG_IGN来忽略（ignore）它。  SIGKILL和SIGSTOP这两个信号不能被忽略；

　　（3）我们可以把某个信号的处置设定为 SIG_DFL来启用它的默认（default）处理。默认处置通常是在收到信号后终止进程，某些信号的默认default处理不同；

 =======================================================================================================2.1 Linux下进程的结构

　　Linux下一个进程在内存里有三部分的数据，就是"代码段"、"堆栈段"和"数据段"。其实学过汇编语言的人一定知道，一般的CPU都有上述三种段寄存器，以方便操作系统的运行。这三个部分也是构成一个完整的执行序列的必要的部分。

　　"代码段"，顾名思义，就是存放了程序代码的数据，假如机器中有数个进程运行相同的一个程 序，那么它们就可以使用相同的代码段。"堆栈段"存放的就是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量。而数据段则存放程序的全局变量，常数以及 动态数据分配的数据空间（比如用malloc之类的函数取得的空间）。这其中有许多细节问题，这里限于篇幅就不多介绍了。系统如果同时运行数个相同的程 序，它们之间就不能使用同一个堆栈段和数据段。

　　如果一个大程序在运行中，它的数据段和堆栈都很大，一次fork就要复制一次，那么fork的系统开销不是很大吗？其实UNIX自有其解决的办法，大家知 道，一般CPU都是以"页"为单位来分配内存空间的，每一个页都是实际物理内存的一个映像，象INTEL的CPU，其一页在通常情况下是 4086字节大小，而无论是数据段还是堆栈段都是由许多"页"构成的，fork函数复制这两个段，只是"逻辑"上的，并非"物理"上的，也就是说，实际执 行fork时，物理空间上两个进程的数据段和堆栈段都还是共享着的，当有一个进程写了某个数据时，这时两个进程之间的数据才有了区别，系统就将有区别的" 页"从物理上也分开。系统在空间上的开销就可以达到最小。

exec( )函数族

下面我们来看看一个进程如何来启动另一个程序的执行。在Linux中要使用exec函数族。系统 调用execve（）对当前进程进行替换，替换者为一个指定的程序，其参数包括文件名（filename）、参数列表（argv）以及环境变量 （envp）。exec函数族当然不止一个，但它们大致相同，在 Linux中，它们分别是：execl，execlp，execle，execv，execve和execvp，

　　以execlp为例，其它函数究 竟与execlp有何区别，请通过manexec命令来了解它们的具体情况。

　　一个进程一旦调用exec类函数，它本身就"死亡"了，系统把代码段替换成新的程序的代码， 废弃原有的数据段和堆栈段，并为新程序分配新的数据段与堆栈段，唯一留下的，就是进程号，也就是说，对系统而言，还是同一个进程，不过已经是另一个程序 了。（不过exec类函数中有的还允许继承环境变量之类的信息。）

那么如果我的程序想启动另一程序的执行但自己仍想继续运行的话，怎么办呢？那就是结合fork与exec的使用。下面一段代码显示如何启动运行其它程序：

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

char command[256];
int main()
{
    int rtn;
    printf(">>");
    
    fgets(command, 256, stdin);
    command[strlen(command)-1] = 0;
    if(fork()==0) //子进程
    {
        execlp(command, NULL);
        perror(command);
        exit(errno);
    }    
    else  //父进程
    {
        wait(&rtn);
        printf("child process return %d\n", rtn);
    }    
    
    return 0;
}