《Linux从0到99》八 进程控制
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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《Linux从0到99》八 进程控制相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
LINUX进程控制
1. 进程创建（fork）
函数形式 pid_t fork();
头文件：#include <sys/types.h>提供pid_t的定义
功能：创建一个子进程。
参数：没有参数。
返回值：返回俩个值，子进程中返回值为0，父进程中返回值为子进程的pid号。出错返回-1。
实例：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
pid_t pid = fork();
if(pid < 0 )
{
perror("fork:");
return 0;
}
else if(pid == 0)//子进程实现
{
printf("This is child! pid:%d ppid:%d\\n",getpid(),getppid());
sleep(3);
}
else//父进程实现
{
printf("This is parents! pid:%d ppid:%d\\n",getpid(),getppid());
sleep(3);
}
sleep(30);
return 0;
}
- 进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：
- 分配新的内存块和内核数据结构给子进程
- 将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
- 添加子进程到系统进程列表当中
- fork返回，开始调度器调度
写时拷贝
通常，父子代码共享，父子再不写入时，数据也是共享的，当任意一方试图写入，便以写时拷贝的方式各自一份副本。
2. 进程终止
进程退出场景：
- 代码运行完毕，结果正确。
- 代码运行完毕，结果错误。
- 代码运行错误。
进程常见退出方法：
- 从main返回
- 调用exit或_exit
- ctrl+c(异常退出)
01 _exit函数
函数原型： void _exit(int status);
头文件： #include <unistd.h>
参数： status 定义了进程的终止状态，父进程通过wait来获取该值
说明： 虽然status是int，但是仅有低8位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时，在终端执行$?发现返回值是255。
实例：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
printf("hello linux!");
_exit(0);
return 0;
}
并没有输出hello linux！这是因为_exit函数并不会刷新缓冲区，所以不会输出。
02 exit函数
函数原型： void exit(int status);
头文件： #include <stdlib.h>
参数： status定义了进程的终止状态，父进程通过wait来获取该值
说明：
exit最后也会调用exit, 但在调用exit之前，还做了其他工作：
- 执行用户通过 atexit或on_exit定义的清理函数。
- 关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入
- 调用_exit
实例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
printf("hello linux!");
exit(0);
return 0;
}
在这里输出hello linux是因为exit会刷新缓冲区。
03 atexit函数
函数原型： int atexit(void(*function)(void));
头文件：#include <stdilib.h>
参数： 参数为函数指针类型，接收一个函数的地址
实例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
void mycallback(void)
{
printf("I am mycallback \\n");
}
int main()
{
atexit(mycallback);
printf("hello atexit\\n");
return 0;
}
04 return退出
return是一种更常见的退出进程方法。执行return n等同于执行exit(n),因为调用main的运行时函数会将main的返回值当做 exit的参数。
3. 进程等待
01 进程等待的必要性
- 首先，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
02 进程等待的方法
a) wait函数
函数原型： pid_t wait(int*status);
头文件： #include<sys/types.h>和#include<sys/wait.h>
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
b) waitpid函数
函数原型： pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
头文件： #include<sys/types.h>和#include<sys/wait.h>
返回值：
- 当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的进程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；
- 如果调用中出错,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:
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）
WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码） - 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
03 获取子进程status
- 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）
代码验证：
#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main()
{
pid_t pid=fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork:");
exit(1);
}
else if(pid == 0)
{
sleep(20);
exit(10);
}
else
{
int st;
int ret = wait(&st);
if(ret > 0 && (st & 0X7F) == 0)
printf("child exit code : %d\\n",(st>>8)&0xFF);
else if(ret > 0)
{
printf("sig code : %d\\n", st&0x7F );
}
}
}
- 进程的阻塞等待方式
#include <errno.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
pid_t pid = fork();
if(pid<0)
{
perror("fork:");
exit(1);
}
else if(pid == 0)
{
printf("child is run, pid is : %d\\n",getpid());
sleep(5);
exit(1);
}
else
{
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(-1,&status,0);
printf("this is test for wait\\n");
if(WIFEXITED(status) && ret == pid)
{
printf("wait child s success,child return code is %d.\\n",WIFEXITED(status));
}
else
{
printf("wait child failed,return.\\n");
exit(1);
}
}
return 0;
}
- 进程的非阻塞等待方式
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
pid_t pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork:");
exit(0);
}
if(pid == 0)
{
printf("child is run! pid : %d\\n",getpid());
sleep(5);
exit(1);
}
else
{
int status = 0;
pid_t ret = 0;
do
{
ret = waitpid(-1,&status,WNOHANG);
if(ret == 0)
{
printf("child is running\\n");
}
sleep(1);
}while(ret == 0);
if(WIFEXITED(status) && ret == pid)
{
printf("wait child success,child return code is : %d\\n",WIFEXITED(status));
}
else
{
printf("wait child fild,return!\\n");
exit(1);
}
}
return 0;
}
5. 进程替换
01 进程替换原理
用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(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
02 进程替换函数
头文件： #include <unistd.h>
函数原型：
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[]);
函数解释：
- 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。
命名理解：
- l(list) : 表示参数采用列表
- v(vector) : 参数用数组
- p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH
- e(env) : 表示自己维护环境变量
| 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 |
6. 利用所学知识做一个简易的shell
shell读取新的一行输入，建立一个新的进程，在这个进程中运行程序 并等待这个进程结束。
所以要写一个shell，需要循环以下过程:
- 获取命令行
- 解析命令行
- 建立一个子进程（fork）
- 替换子进程（execvp）
- 父进程等待子进程退出（wait）
代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/wait.h>
#include <ctype.h>
#define MAX_CMD 1024
char command[MAX_CMD];
int do_face()
{
memset(command,0X00,MAX_CMD);
printf("myshell$");
fflush(stdout);
if(scanf("%[^\\n]%*c",command)==0)
// scanf("%[^\\n]%*c",command)表示读入一行字符串。
// ^表示"非"，[^\\n]表示读入换行字符就结束读入。
// *表示该输入项读入后不赋予任何变量，即scanf("%*[^\\n]%*c",command)表示跳过一行字符串
{
getchar();
return -1;
}
return 0;
}
char **do_parse(char *buff)
{
int argc = 0;
static char* argv[32];
char* ptr = buff;
while(*ptr != '\\0')
{
if(!isspace(*ptr))
{
argv[argc++] = ptr;
while((!isspace(*ptr)) && (*ptr!='\\0'))
{
ptr++;
}
}
else
{
while(isspace(*ptr))
{
*ptr = '\\0';
ptr++;
}
}
}
argv[argc]=NULL;
return argv;
}
int do_exec(char *buff)
{
char **argv ={NULL};
int pid = fork();
if(pid == 0)
{
argv =do_parse(buff);
if(argv[0] == NULL)
{
exit(0);
}
execvp(argv[0],argv);
}
else
{
waitpid(pid,NULL,0);
}
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
while(1)
{
if(do_face()<0)
continue;
do_exec(command);
}
return 0;
}
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