进程等待与程序替换
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了进程等待与程序替换相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
进程等待
子进程被创建，谁先运行谁先退出？
谁先运行，是由调度器说了算
那谁先退出呢？
一般来说，我们通常要让子进程先退出。
因为父进程可以很容易对子进程进行管理(垃圾回收).子进程处理业务，需要让父进程帮我们拿到子进程执行的结果
所以，一般子进程是需要被等待的，具体是被父进程等待
进程等待必要性
- 之前讲过，子进程退出，父进程如果不管不顾，就可能造成‘僵尸进程’的问题，进而造成内存泄漏。
- 另外，进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，“杀人不眨眼”的kill -9 也无能为力，因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程。
- 最后，父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道。如，子进程运行完成，结果对还是不对，
或者是否正常退出。- 父进程通过进程等待的方式，回收子进程资源，获取子进程退出信息
进程等待的方法
wait方法
父进程调用了wait()，就会等待子进程运行，直到子进程退出，收集结束信息，回收运行完的子进程的资源。
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int*status);
返回值：
成功返回被等待进程pid，失败返回-1。
参数：
输出型参数，获取子进程退出状态,不关心则可以设置成为NULL
示例：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
pid_t id = fork();
if (id == 0)//子进程
int count = 0;
while (1)
printf("I am a child\\n");
sleep(1);
if (count == 4)
printf("child exits\\n");
exit(1);
++count;
else
printf("father waits...\\n");
wait(NULL);
printf("father exits\\n");
return 0;
我们用一个shell脚本来监视进程的状态： while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep test | grep -v grep; sleep 1; echo "##################"; done
运行效果：观察父子进程的状态：
我们看到，当子进程结束，父进程也跟随着结束了，如果不使用wait()，父进程就会比子进程先结束，并且无法回收子进程
waitpid方法
pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
返回值：
当等待成功的时候waitpid返回收集到的是子进程的进程ID；
如果设置了选项WNOHANG,而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集,则返回0；
如果等待失败,则返回-1,这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在；参数：
- pid：
pid =-1,等待任一个子进程。与wait等效。
pid>0.等待其进程ID与pid相等的子进程。
- status(结合下面对status的结构进行理解):
WIFEXITED(status): 若为正常终止子进程返回的状态，则为真。（查看进程是否是正常退出）
相当于status & 0x7f
WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）
相当于(status>>8 ) & 0xff- options:
WNOHANG: 若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回该子进程的ID。如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退出信息。
例：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
pid_t id = fork();
if (id == 0)//子进程
int count = 0;
while (1)
printf("I am a child\\n");
sleep(1);
if (count == 4)
printf("child exits\\n");
exit(1);
++count;
else
printf("father waits...\\n");
waitpid(id, NULL, 0);
printf("father exits\\n");
return 0;
同样，我们还是用shell脚本观察：
waitpid(id, NULL, 0)与wait(id)作用相同
- 如果在任意时刻调wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞。
- 如果不存在该子进程，则立即出错返回
获取子进程status
status只使用其低16位
wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。
如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。
否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程。status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待，具体细节如下图（只研究status低16比特位）：
- 正常终止的status低7位为0，高8位就是退出码
- 被信号所杀的低7位不为0
获取退出信号：status & ox7f 取出低七位
获取退出码：(status >> 8) & 0xff 取出高8位，观察运行结果是否正确
关于终止信号
就是kill的信号：
所以我们就知道为什么终止信号为0才表示进程正常运行，因为kill的信号最小编号大于0
测试一个子进程被信号杀掉的情况：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/wait.h>
#include<stdlib.h>
int main()
pid_t id = fork();
if (id < 0)
perror("fork error");
exit(1);
if (id == 0)//子进程
printf("child's pid is : %d\\n", id);
int i = 1 / 0;//引发错误
else//父进程
int st = 0;
int ret = waitpid(id, &st, 0);
if (ret > 0 && WIFEXITED(st))//子进程正常运行
//代码也不会走到这里，就不写内容了
//...
;
else
printf("exit signal is %d\\n", st & 0x7f);
return 0;
我们看到进程因为错误而被杀掉了
获取退出信号(终止信号)与退出码的测试代码：
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main( void )
pid_t pid;
if ( (pid=fork()) == -1 )
perror("fork"),exit(1);
if ( pid == 0 )//子进程
sleep(5);
exit(0);
else //父进程
int st;//st就是status
int ret = wait(&st); //等待子进程，st获取子进程status的值，ret获取子进程的pid
if ( ret > 0 && ( st & 0X7F ) == 0 ) // 子进程正常退出
//获取子进程退出码
printf("child exit code:%d\\n", (st>>8)&0XFF);
else if( ret > 0 ) // 子进程异常退出
//获取子进程终止信号
printf("sig code : %d\\n", st&0X7F );
//对应上面else的右括号
return 0;
结果：
也可以将st & 0X7F 的判断换成WIFEXITED(st)
st & 0x ff换成WEXITSTATUS(st)
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main( void )
pid_t pid;
if ( (pid=fork()) == -1 )
perror("fork"),exit(1);
if ( pid == 0 )//子进程
sleep(5);
exit(0);
else //父进程
int st;//st就是status
int ret = wait(&st); //等待子进程，st获取子进程status的值，ret获取子进程的pid
if ( ret > 0 && WIFEXITED(st)) // 子进程正常退出
//获取子进程退出码
printf("child exit code:%d\\n", WEXITSTATUS(st));
else if( ret > 0 ) // 子进程异常退出
//获取子进程终止信号
printf("sig code : %d\\n", st & 0X7F );
//对应上面else的右括号
return 0;
waitpid三个参数的使用示例
进程的阻塞等待与非阻塞等待
进程的阻塞等待方式
阻塞等待就是父进程一直等待子进程到其运行结束，然后回收他
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/wait.h> int main() pid_t pid; pid = fork(); if(pid < 0)//创建进程失败 printf("%s fork error\\n",__FUNCTION__); return 1; else if( pid == 0 )//child printf("child is run, pid is : %d\\n",getpid()); sleep(5); exit(257);//257就是1 0000 0001，因为只会取低16位，所以就相当于1 else//parent int status = 0; pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);//阻塞式等待，等待5s printf("this is test for wait\\n"); if( WIFEXITED(status) && ret == pid ) printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\\n",WEXITSTATUS(status)); else printf("wait child failed, return.\\n"); return 1; //对应上面的else return 0;结果：
进程的非阻塞等待方式
非阻塞等待父进程就是每隔一段时间waitpid就要确认等待的子进程是否运行结束了，如果没有，则可以先做其它的，如果结束了，就按流程回收子进程
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/wait.h> int main() pid_t pid; pid = fork(); if(pid < 0) printf("%s fork error\\n",__FUNCTION__); return 1; else if( pid == 0 )//child printf("child is run, pid is : %d\\n",getpid()); sleep(5); exit(1); else int status = 0; pid_t ret = 0; do ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG);//非阻塞式等待,如果子进程没结束,则返回0 if( ret == 0 ) printf("child is running\\n"); sleep(1); while(ret == 0); if( WIFEXITED(status) && ret == pid ) printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\\n",WEXITSTATUS(status)); else printf("wait child failed, return.\\n"); return 1; //对应上面的else return 0;结果：
wait总结：
是什么：是父进程通过wait等系统调用，用来等待子进程退出的一种现象，是必须的。
为什么：1.防止子进程变成僵尸进程，进而产生内存泄漏 2.读取子进程状态
怎么办：使用wait/waitpid，以及获取状态码status和signal、exit code，还有阻塞式等待和非阻塞等待
进程程序替换
替换原理
用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的代码(但有可能执行不同的代码分支),子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种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
此时就相当于代码也发生了写时拷贝
替换函数
其实有六种以exec开头的函数,统称exec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[]);
操作系统给的接口：
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
其他五个函数都是经过封装的，是为了应用不同场景。
事实上,只有execve是真正的系统调用,其它五个函数最终都调用 execve,所以execve在man手册 第2节,其它函数在man手册第3节。这些函数之间的关系如下图所示。
下图是exec函数族 一个完整的关系:
函数解释
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的返回值。
如果执行了原程序后面的代码或者有返回值，说明替换失败了
命名理解
这些函数原型看起来很容易混,但只要掌握了规律就很好记。
l(list) : 表示参数采用列表，类似printf
v(vector) : 参数用数组，将参数写进数组，用数组传参
p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH
解释：要使程序替换，就要先找到该程序
所以如果参数名带p，函数自己会在PATH里查找程序
如果不带p，第一个参数就要给程序的路径
e(env) : 表示传递自己维护的环境变量
所有替换函数的第一个参数，表示我们所要替换的程序，也就是要执行的程序
| 函数名 | 参数格式 | 是否带路径 | 是否使用当前环境变量 |
|---|---|---|---|
| execl | 列表 | 不是 | 是 |
| execlp | 列表 | 是 | 是 |
| execle | 列表 | 不是 | 不是，须自己组装环境变量 |
| execv | 数组 | 不是 | 是 |
| execvp | 数组 | 是 | 是 |
| execve | 数组 | 不是 | 不是，须自己组装环境变量 |
示例
将当前程序替换成ps的执行
excel("/usr/bin/ps", "ps", "-e", "-l", "-f", NULL);
命令行怎么调用执行，如ps -e，在后面的参数中，就怎么传递，ps也算一个参数，最后一个参数要是NULL。
exec调用举例如下:
下面的代码只是列举了这些函数的用法，实际使用不会这样，因为当调用第一个exec的函数后，整个程序就被替换了，后面的代码就不会执行了。
#include <unistd.h>
int main()
char *const argv[] = "ps", "-ef", NULL;//采用数组的形式传参，也就是给带v的函数传参
//给带e的函数传参
char *const envp[] = "PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL;
//带l的，使用参数列表传参，注意最后要加上NULL
execl("/bin/ps", "ps", "-ef", NULL);
// 带v的，使用数组传参
execv("/bin/ps", argv);
// 带p的，可以使用环境变量PATH，无需写全路径
execlp("ps", "ps", "-ef", NULL);
execvp("ps", argv);
// 带e的，需要自己组装环境变量
execle("ps", "ps", "-ef", NULL, envp);
execve("/bin/ps", argv, envp);
exit(0);
列举一个具体例子：将当前程序替换成ls
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
//使用参数列表传参
//将当前程序替换成ls -l -a
execl("/usr/bin/ls", "ls", "-l", "-a", NULL);
return 0;
运行结果：
与ls -l -a一样，不过少了颜色的渲染
如果我们修改一下程序：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
//使用参数列表传参
//将当前程序替换成ls -l -a
execl("/usr/bin/ls", "ls", "-l", "-a", NULL);
printf("you should run here\\n");
return 0;
加的这句printf会执行吗？
我们试一下:
可以看到最后是没有打印的。
因此，证明了程序替换是完全替换，而不是执行完了替换的程序再继续执行自己的程序。
也可以用自己创建的程序进行程序替换：
创建myexe.c 和 mycmd.c文件：
myexe.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
//没有选项，所以arg参数只有"./mycmd"
execl("./mycmd", "./mycmd", NULL);
return 0;
mycmd.c
#include <stdio.h>
int main()
int i = 0;
int sum = 0;
for (; i <= 100; ++i)
sum += i;
printf("1-100累加的结果为：%d\\n", sum);
return 0;
makefile
因为我们要生成两个可执行程序，而makefile默认只生成一个可执行程序，默认是自顶向下扫描makefile文件遇到的第一个目标。所以用all来代表两个可执行程序
伪目标不需要依赖方法
.PHONY:all
all:myexe mycmdmyexe:myexe.c
gcc myexe.c -o myexe
mycmd:mycmd.c
gcc mycmd.c -o mycmd.PHONY:clean
clean:
rm -f myexe mycmd
运行结果：
在此基础上，我们展示一下带e的函数的使用：
myexe.c
#include <stdio.h>
Linux进程控制--进程的等待与替换