进程控制
原文链接：http://www.orlion.ga/1044/
一、fork函数
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
fork调用失败返回-1。下面通过一个例子来理解fork是怎样创建进程的。
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
char *message;
int n;
pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork failed");
exit(1);
}
if (pid == 0) {
message = "This is the child\n";
n = 6;
} else {
message = "This is the parent\n";
n = 3;
}
for(; n > 0; n--) {
printf(message);
sleep(1);
}
return 0;
}
输出
fork-www.orlion.ga
程序运行过程:
1.父进程初始化
2.父进程调用fork，这是一个系统调用，因此进入内核
3.内核根据父进程复制出一个子进程，父进程和子进程的PCB信息相同，用户态和数据也相同。因此子进程现在的状态看起来和父进程一样，做完了初始化，刚调用了fork进入内核，还没有从内核中返回
4.现在有两个一模一样的进程看起来都调用了fork进入内核等待从内核返回(实际上fork值调用了一次)，此外系统中还有很多别的进程也等待从内核返回。是父进程先返回还是子进程先返回，还是这两个进程都等待，先去调度执行别的进程，这都不一定，取决于内核的调度算法
5.如果某个时刻父进程被调度执行了，从内核返回后就从fork函数返回，保存在变量pid中的返回值是子进程的id，是一个大于0的整数，因此执行下面的else分支，然后执行for循环，打印"This is the parent\n"三次之后终止
6.如果某个时刻子进程被调度执行了，从内核返回后就从fork函数返回，保存在变量pid中的返回值是0，因此执行下面的if (pid == 0)分支，然后执行for循环，打印"This is the child\n"六次之后终止。fork调用把父进程的数据复制一份给子进程，但此后二者互不影响，在这个例子中，fork调用之后父进程和子进程的变量message和n被赋予不同的值，互不影响。
7.父进程每打印一条消息就睡眠1秒，这时内核调度别的进程执行，在1秒这么长的间隙里子进程有可能被调度到。同样的，子进程每打印一条消息就睡眠1秒，在这1秒期间父进程也很有可能被调度到。所以程序运行的结果基本上是父子进程交替打印
8.这个程序是在Shell下运行的，因此Shell进程是父进程的父进程。父进程运行时Shell进程处于等待状态，当父进程终止时Shell进程认为命令执行结束了，于是打印Shell提示符，而事实上子进程这时还没有结束，所以子进程的消息打印到了Shell提示符的后面。最后光标停在This is the child的下一行，这时用户仍然可以敲命令，即使命令不是紧跟在提示符后面，Shell也能正确读取。
fork函数的特点是"调用一次，返回两次"，在父进程和子进程中各返回一次。fork的另一个特点是所有由父进程打开的描述符都复制到了子进程中。父、子进程中相同的编号的文件描述符在内核中指向同一个file结构体，也就是说file结构体的引用计数要增加。
2、exec函数
用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序，子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执行。调用exec并不创建新进程，所以调用exec前后该进程的id并未改变
有六种exec开头的函数:
#include <unistd.h> int execl(const char *path, const char *arg, ...); int execlp(const char *file, const char *arg, ...); int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]); int execv(const char *path, char *const argv[]); int execvp(const char *file, char *const argv[]); int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回，如果调用出错则返回-1，所以exec函数只有出错的返回值而没有成功返回的值。
例:
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
execlp("ps", "ps", "-o",
"pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);
perror("exec ps");
exit(1);
}
结果:
因为exec只有错误返回值，只要有返回值一定是出错了，所以不需要判断它的返回值，直接在后面调用perror即可。
system是在单独的进程中执行命令完了还会回到自己的程序中，而exec函数是直接在自己的程序中执行新的程序，新的程序会把自己的程序覆盖，除非调用出错，否则再也回不到exec后面的代码，就是说自己的程序就变成了exec调用的那个程序了。
3、wait和waitpid函数
一个进程在终止时会关闭所有的文件描述符，释放在用户空间分配的内存，但它的PCB还保留着，内核在其中保存了一些信息:如果是正常终止则保存着退出状态，如果是异常终止则保存着导致该进程终止的信号是哪个。这个进程的父进程可以调用wait和waitpid获取这些信息，然后彻底清除掉这个进程。进程的退出状态可以在Shell中用$?查看，因为Shell是它的父进程，当它终止时Shell调用wait或waitpid得到它的退出状态同时彻底清除掉这个进程。
如果一个进程终止了，但是父进程尚未调用wait或waitpid对它进行清理，这时的进程状态称为僵尸(Zombie)进程。任何进程在刚终止时都是僵尸进程，正常情况下，僵尸进程都立刻被父进程清理了,为了观察到僵尸进程，下面写一个不正常的程序，父进程fork出子进程，子进程终止，而父进程既不终止也不调用wait请求进程:
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
pid_t pid=fork();
if(pid<0) {
perror("fork");
exit(1);
}
if(pid>0) { /* parent */
while(1);
}
/* child */
return 0;
}
在后台运行这个程序:
在./zombie后边加&表示后台运行，Shell不等待这个进程终止就立刻打印提示符并等待用户输命令。现在Shell是位于前台的，用户在终端的输入会被Shell读取，后台进程是读不到终端输入的。第二条命令ps u是在前台运行的，在此期间Shell进程和zombie进程都在后台运行，等到ps u命令结束时Shell进程又重新回到前台。
父进程的pid是5818，子进程是僵尸进程pid是5819，ps命令显示僵尸进程的状态为z,在命令行一栏还显示<defunct>.
如果一个父进程终止而它的子进程还存在，则这些子进程的父进程改为init进程。init是系统中的一个特殊进程，通常程序文件是/sbin/init，进程id是1，在系统启动时负责启动各种系统服务，之后就负责清理子进程，只要有子进程终止，init就会调用wait函数清理它。
僵尸进程是不能用kill命令清除掉的，因为kill命令只是用来终止进程的，而僵尸进程已经终止了。
wait和waitpid原型:
#include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> pid_t wait(int *status); pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
若调用成功则返回清理掉的子进程id，若调用出错则返回-1.父进程调用wait或waitpid时可能会:
-
阻塞(如果它的所有子进程都还在运行)
-
带子进程的终止信息立即返回(如果一个子进程已终止，正等待父进程读取其终止信息)。
-
出错立即返回(如果它没有任何子进程)。
这两个函数的区别是:
-
如果父进程的所有子进程都还在运行，调用wait将使父进程阻塞，而调用waitpid时如果在options参数中指定WNOHANG可以使父进程不阻塞而立即返回0.
-
wait等待第一个终止的子进程，而waitpid可以通过指定pid参数指定等待哪一个子进程。
可见，调用wait和waitpid不仅可以获得子进程的终止信息，还可以使父进程阻塞等待父进程终止，起到进程间同步的作用。如果参数status不是空指针，则子进程的终止信息通过这个参数传出，如果只是为了同步而不关心子进程的终止信息，可以将status参数指定为NULL。
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork failed");
exit(1);
}
if (pid == 0) {
int i;
for (i = 3; i > 0; i--) {
printf("This is the child\n");
}
exit(3);
} else {
int stat_val;
waitpid(pid, &stat_val, 0);
if (WIFEXITED(stat_val))
printf("Child exited with code
%d\n", WEXITSTATUS(stat_val));
else if (WIFSIGNALED(stat_val))
printf("Child terminated
abnormally, signal %d\n", WTERMSIG(stat_val));
}
return 0;
}
子进程的终止信息在一个int中包含了多个字段，用宏定义可以取出其中的每个字段:如果子进程时正常终止的,WIFEXITED取出的字段非零,WEXITSATTUS取出的字段值就是子进程的退出状态；如果子进程是收到信号而异常终止的，WISIGNLED取出的字段值非零，WTERMSIG取出的字段值就是信号的编号。
