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进程管理之exec函数族
exec中6个函数族分别为
#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[]);
可以将exec函数族分为execl和execv两类：
- execl类：函数将以列举的形式传入参数，由于参数列表的长度不定，所以要用哨兵NULL表示列举结束；
- execv类：函数将以参数向量表传递参数，char * argv[]的形式传递文件执行时使用的参数，数组中最后一个参数为NULL；
如果没有参数char * const envp[]，则采用默认环境变量；如果有，则用传入的参数替换默认环境变量
exec_yj.c
代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(){
pid_t tempPid;
tempPid=fork();
if(tempPid == -1){
perror("fork error");
exit(1);
} else if(tempPid > 0) {
printf("parent process:pid=%d\n", getpid());
} else {
printf("child process:pid=%d\n", getpid());
//execl("/bin/ls","-a","-l","test_exec.c",NULL); //①
execlp("ls","-a","-l","exec_yj.c",NULL); //② 这里采用第二种方法
//char *arg[]={"-a","-l","test_exec.c", NULL}; //③
//execvp("ls", arg);
perror("error exec\n");
printf("child process:pid=%d\n", getpid());
} //of if
return 0;
} //of main
运行结果
进程退出
exit()
#include <stdlib.h>
void exit(int status);
参数说明：
- status：表示进程的退出状态，0表示正常退出，非0表示异常退出，一般用-1或1表示；
- 为了可读性，标准C定义了两个宏：EXIT_SUCCESS和EXIT_FAILURE
_exit()
#include <unistd.h>
void _exit(int status);
区别
- _exit：系统会无条件停止操作，终止进程并清除进程所用内存空间及进程在内核中的各种数据结构；
- exit：对_exit进行了包装，在调用_exit()之前先检查文件的打开情况，将缓冲区中的内容写回文件。相对来说exit比_exit更为安全
特殊进程
对之前概念的补充和新概念的学习
- 孤儿进程：父进程负责回收子进程，如果父进程在子进程退出之前退出，子进程就会变成孤儿进程，此时init进程将代替父进程完成子进程的回收工作；
- 僵尸进程：调用exit函数后，该进程不会马上消失，而是留下一个称为僵尸进程的数据结构。它几乎放弃进程退出前占用的所有内存，既没有可执行代码也不能被调度，只是在进程列表中保留一个位置，记载进程的退出状态等信息供父进程回收。若父进程没有回收子进程的代码，子进程将会一直处于僵尸态。
进程同步
wait函数
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
- 功能：挂起进程，直至子进程变为僵尸态。回收子进程资源。若当前进程有多个子进程，只要捕获到有一个子进程变为僵尸态，就恢复执行态。
- 参数：一个int *类型的指针，保存子进程退出时的状态信息。如果参数设置为NULL，则表示不关心进程如何终止。
- 返回值：成功：子进程id；失败：返回-1，errno被设置为ECHILD
- 补充：errno 是记录系统的最后一次错误代码。 代码是一个int型的值，在errno.h中定义。 查看错误代码errno是调试程序的一个重要方法。
wait_yj.c
若子进程p1是其父进程p的先决进程，基于wait函数使得进程同步。
代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main(){
pid_t tempPid, tempW;
tempPid = fork();
if(tempPid == -1){
perror("fork error");
exit(1);
}else if(tempPid == 0){//child
sleep(3);
printf("Child process, pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
}else{//parent
tempW = wait(NULL);
printf("Catched a child process, pid = %d, ppid = %d\n", tempW, getpid());
}//of if
printf("......finish......\n");
return 0;
}//of main
运行结果
把wait函数注释掉，父进程先于子进程运行并终止。因为sleep函数导致子进程进入等待队列，所以终端竞争得到了运行权。
查看发现已经被init领养。
以上是wait函数参数为空的情况，下面进行记录子进程退出状态。
wait_yj2.c
使用wait同步进程，并使用宏获取子进程的返回值。此处声明两个判断进程退出状态的宏函数：
#include <sys/wait.h>
int WIFEXITED(int status);//判断子进程是否正常退出，若是，返回非0值，否则返回0
int WEXITSTATUS(int status);//和WIFEXITED配合使用，WIFEXITED返回非0值，则使用该宏提取子进程的返回值。
代码
#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
int tempStatus;
pid_t tempPid, tempW;
tempPid = fork();
if(tempPid == -1){
perror("fork error");
exit(1);
} else if(tempPid == 0){//子
sleep(3);
printf("Child process: pid=%d\n",getpid());
exit(5);
} else{//父
tempW = wait(&tempStatus);
if(WIFEXITED(tempStatus)){
printf("Child process pid=%d exit normally.\n", tempW );
printf("Return Code:%d\n",WEXITSTATUS(tempStatus));
} else {
printf("Child process pid=%d exit abnormally.\n", tempW);
}//of if
}//of if
return 0;
}//of main
运行结果
waitPid函数
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
-
功能：waitpid是基于wait函数的，wait函数有一个缺点：当有很多个子进程的时候，wait函数无法保证所有子进程在父进程之前执行。（只是捕捉到一个僵尸态进程而已）
而waitpid则可以指定子进程，也可以在父进程不阻塞的情况下获取子进程状态。 -
参数：
pid：指定进程组、进程号
1.>0：等待进程号为pid的子进程退出，若退出，函数返回；若未结束，一直等待
- =0：等待同一进程组的所有子进程退出，注意，若某进程进入其他进程组，则waitpid则不再关心他的状态
- -1：退化为waitpid函数
-
<-1：等待指定进程组中的任何子进程，进程组的id等于pid的绝对值
options：提供控制选项，可以是一个常量，也可以是|连接的两个常量
1 WNOHANG：如果子进程没有终止，waitpid不会阻塞父进程，会立即返回；
2. WUNTRACED：如果子进程暂停执行，waitpid立即返回；
3. 0：不使用选项。
-
返回值：成功：返回捕捉到的子进程id
0：options=WNOHANG，waitpid发现没有已退出的子进程可回收；-1：出错，errno被设置
waitPid_yj.c
父进程等待进程组中指定子进程，该进程不退出，则父进程一直阻塞。
代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main(){
pid_t tempPid, tempP, tempW;
tempPid= fork(); //创建第一个子进程
if (tempPid == -1){
perror("fork1 error");
exit(1);
} else if (tempPid == 0){ //子进程沉睡
sleep(5);
printf("First child process:pid=%d\n", getpid());
} else { //父进程继续创建进程
int i;
tempP = tempPid;
for (i = 0; i < 3; i++){ //由父进程创建3个子进程
if ((tempPid = fork()) == 0){
break;
}//of if
}//of for i
if (tempPid == -1){ //出错
perror("fork error");
exit(2);
} else if (tempPid == 0){ //子进程
printf("Child process:pid=%d\n", getpid());
exit(0);
} else { //父进程
tempW = waitpid(tempP, NULL, 0); //等待第一个子进程执行
if (tempW == tempP){
printf("Catch a child Process: pid=%d\n", tempW);
}else{
printf("waitpid error\n");
}//of if
}//of if
}//of if
return 0;
}//of main
运行结果
waitPid2_yj.c
基于waitpid函数不断获取子进程的状态。
代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
int main(){
pid_t tempPid,tempP,tempW;
tempPid = fork();
if(tempPid == -1){
perror("fork error");
exit(1);
}else if(tempPid == 0){//child
sleep(5);
printf("First child process : pid = %d\n",getpid());
}else{
int i;
tempP=tempPid;
for(i=0; i < 3; i++){
if((tempPid=fork())==0){
break;
}//of if
}//of for
if(tempPid == -1){
perror("fork error");
exit(2);
}else if(tempPid == 0){
printf("Child process : pid = %d\n",getpid());
exit(0);
}else{
tempW = waitpid(tempP, NULL, 0);
if(tempW == tempP){
printf(" Catch a child Process: pid = %d\n",tempW);
}else{
printf("waitpid error\n");
}//of if
}//of if
}//of if
return 0;
}//of main
运行结果
父进程可以通过wait()和waitpid()函数可以有效防止僵尸进程的产生，对于已存在的僵尸进程，则可通过杀死其父进程的方法解决，当僵尸进程的父进程被终止后，僵尸进程将作为孤儿进程被init进程接收，init进程会不断调用wait()函数获取子进程状态，对已处于僵尸态的进程进行处理。所以说，孤儿进程永远不会成为僵尸进程。
课堂作业
创建一个子进程，使父子进程分别打印不同的内容；创建一个子进程，使子进程通过exec更改代码段，执行cat命令。整合到如下：
代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(){
pid_t tempPid;
tempPid=fork();
if(tempPid == -1){
perror("fork error");
exit(1);
} else if(tempPid > 0) {
printf("parent process:pid=%d\n", getpid());
} else {
printf("child process:pid=%d\n", getpid());
//char *arg[]={"/home/bonjour/桌面/file", NULL};
//execvp("cat", arg);
execl("/bin/cat","cat","/home/bonjour/桌面/file",NULL);
perror("error exec\n");
printf("child process:pid=%d\n", getpid());
} //of if
return 0;
} //of main
运行结果
总结
学会了使用exec(),exit(), wait(), waitpidf() 等函数，对进程管理和进程同步有了更深的理解。
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