C++笔记--Linux编程(10)-进程控制 fork系统调用

Posted 2021-08-30 xiangjai

Linux进程模型

传统的Linux模型里有三种创建或者修改进程的操作

        1. system用于调用shell，执行一个指定的命令；

        2. fork用于创建一个新的进程，该进程几乎是当前进程的一个完全拷贝；

        3. exec可以在进程中用另外的程序来替换当前运行的进程

什么是进程

        进程是一个正在执行的程序实例，他也是Linux基本的调度单位，一个进程由如下元素组成

        进程的当前上下文（context），它是进程当前执行状态

        进程的当前执行目录

        进程访问的文件和目录

        程序的访问权限

        内存和其他分配给进程的系统资源

进程标识号

        进程最知名的属性就是进程号（processID,PID）和它父进程号（parent processID,PPID）

        PID和PPID都是非零的整数。 一个PID唯一标识一个进程。 一个进程创建的另一个新进程称为子进程。相反地，创建子进程的进程称为父进程。

        所有进程追溯其祖先最终都会落到进程号为1的进程身上，这个进程叫init进程 Init进程是linux内核启动后第一个执行的进程。 Init引导系统，启动守护进程并且运行必要的程序。

进程PID和父进程PPID示例

创建多进程示例

#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"

int main () {

    pid_t pid;
    printf("start, pid=%d, ppid=%d\\n", getpid(), getppid());

    int len = 4;

    for(int i=0; i<len; i++) {
        pid = fork();
        if(pid == 0) {
            printf("I am is child pid, pid=%d, ppid=%d\\n", getpid(), getppid());
            break;
        } else if(pid > 0) {
            printf("I am is parent pid, pid=%d, ppid=%d\\n", getpid(), getppid());
        }
    }

    sleep(4);
    printf("exit, pid=%d, ppid=%d\\n", getpid(), getppid());
    while (1) {
        sleep(4);
    }

    return 0;
}

创建进程

system系统调用

#include <stdlib.h>
int system(const char *string);

system函数传递给/bin/sh –c 来执行string所指定的命令

string中可以包含选项和参数。

如果没有找到/bin/sh，函数返回127，如果出现其他错误返回-1，成功返回0，但如果string为NULL，返回一个非0值

示例

int main(void)
{
	printf(“%d\\n”, system(“ls –l”));
	return EXIT_SUCCESS;
}

fork系统调用

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

pid_t fork(void); fork执行成功，向父进程返回子进程的PID，并向子进程返回0，这意味着fork即使只调用一次，也会返回两次

fork创建的新进程是和父进程（除了PID和PPID）一样的副本

父进程和子进程之间有点区别，子进程没有继承父进程的超时设置（使用alarm调用）、父进程创建的文件锁，或者未决信号

int main(void)
{
	pid_t child = fork();
	if(child == -1)
	{
		printf("call fork error\\n");
		return -1;
	}
	if(child == 0)
	{
		printf("is child\\n");
	}
	else
	{
		printf("child pid is %d\\n",  child);
	}
	return 0;
}

你不能预计父进程是在它的子进程之前还是之后运行，它的执行是无序的，是异步的。

fork的异步行为意味着你不应该在子进程中执行依赖与父进程的代码，反之亦然。

fork调用可能失败，原因是系统上已经运行了太多进程，已经超过了允许它执行的最大进程数。 fork执行失败，会向父进程返回-1，而且不创建子进程。

fork过程包括把父进程全部内存映像复制给子进程，这个过程很缓慢。

UNIX的设计者创建了vfork调用，vfork调用也创建新进程，但它不产生父进程的副本。

Linux已经使用了写时复制技术，因此Linux的fork和UNIX的vfork一样快。

execve函数

int execve(const char *path, const char *arg, char * const envp[]);

fork创建了一个新的进程，产生一个新的PID。

execve用被执行的程序完全替换了调用进程的映像。

execve启动一个新程序，替换原有进程，所以被执行进程的PID不会改变。

execve函数接受三个参数。

        path-要执行的文件完整路径；

        argv-传递给程序完整参数列表，包括argv[0],它一般是执行程序的名字；

        envp-是指向执行execed程序的环境指针，可以设为NULL。

示例

int main(void)
{
	char *args[] = { "/bin/ls", "-l", NULL };
	execve("/bin/ls", args, NULL);
	return 0;
}

wait和waitpid函数

wait和waitpid函数可以收集子进程的退出状态

#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

stauts保存子进程的退出状态

pid为等待进程的PID，它能接受下表列出的4种值中的一个

示例

wait函数示例

int main () {

    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0) {
        printf("I am is child pid, pid=%d, ppid=%d\\n", getpid(), getppid());
        sleep(2);
        return 0;
    } else if(pid > 0) {
        printf("I am is parent pid, pid=%d, ppid=%d\\n", getpid(), getppid());
        int status;
        pid_t wpid = wait(&status);
        printf("wait ok wpid=%d, pid=%d\\n", wpid, pid);
        if(WIFEXITED(status)) {
            printf("child exit with %d\\n", WEXITSTATUS(status));
        } else if(WIFSIGNALED(status)) {
            printf("child kill with %d\\n", WTERMSIG(status));
        }

    }

    return 0;
}