第6章 进程控制（3）_wait、exec和system函数

5. 等待函数

（1）wait和waitpid

头文件	#include <sys/types.h> #include <sys/wait.h>
函数	pid_t wait(int* status); pid_t waitpid(pid_t pid, int* status, int options);
返回值	成功返回子进程ID，出错返回-1
功能	等待子进程退出并回收，防止僵尸进程的产生
参数	（1）status参数： 　　①为空时，代表任意状态结束的子进程； 　　②不为空时，则等待指定状态结束的子进程 （2）waitpid的pid参数 　　①pid == -1 ：等待任一子进程，功能与wait等效。 　　②pid > 0 ：等待其进程ID与pid相等的子进程 　　③pid == 0：等待其组ID等于调用进程的组ID的任一子进程 　　④pid < -1：等待其组ID等于pid的绝对值的任一子进程。 （3）options参数 　　①WNOHANG：如果pid子进程未结束则立即返回，不会阻塞，此时返回值为0。如果pid进程己退出，则返回这个进程的pid。 　　②WUNTRACED：使waitpid报告那些己经被停止的未报告子进程的状态。
备注	wait的waitpid的区别： 　　①在一个子进程终止前，wait使用调用者阻塞 　　②waitpid的options可使调用者不阻塞 　　③waitpid等待一个指定的子进程，而wait等待所有的子进程，返回任一终止子进程的状态。

（2）检查wait和waitpid函数返回的终止状态的宏

判断终止状态	获取终止状态值	说明
WIFEXITED(status)	WEXITSTATUS(status)	判断子进程是否正常终止及获取退出码
WIFSIGNAL(status)	WTERMSIG(status)	判断子进程是否异常终止及获取异常终止的信号编码
WIFSTOPED(status)	WSTOPSIG(status)	判断子进程是否被暂停及获取暂停的信号编码

【编程实验】判断进程的终止状态

//process_wait.c

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>

void out_status(int status)
{
    if(WIFEXITED(status)){
        printf("normal exit: %d
", WEXITSTATUS(status));
    }else if(WIFSIGNALED(status)){
        printf("abnormal terminate: %d
", WTERMSIG(status));
    }else if(WIFSTOPPED(status)){
        printf("Stopped signal: %d
", WSTOPSIG(status));
    }else{
        printf("unknow signal
");
    }
}

int main(void)
{
    int status;
    pid_t pid;
   
   //第1个子进程
    if((pid = fork()) < 0){
        perror("fork error");
        exit(1);
    }else if(pid == 0){ //child process
        printf("pid: %d, ppid: %d
", getpid(), getppid());
        exit(0);  //正常终止
    }

    //等待子进程结束(也可防止僵尸进程)
    if(wait(&status) != pid)
          perror("wait error");
    out_status(status);
    printf("----------------------------------------
");
    
    //第2个子进程
    if((pid = fork()) < 0){
        perror("fork error");
        exit(1);
    }else if(pid == 0){ //child process
        printf("pid: %d, ppid: %d
", getpid(), getppid());
        abort();  //异常终止
    }

    //等待子进程结束(也可防止僵尸进程)
    if(wait(&status) != pid)
          perror("wait error");
    out_status(status);
    printf("----------------------------------------
");

    //第3个子进程
    if((pid = fork()) < 0){
        perror("fork error");
        exit(1);
    }else if(pid == 0){ //child process
        printf("pid: %d, ppid: %d
", getpid(), getppid());
        int i = 3, j = 0;
        int k =  i /j;  //除0
        printf("k: %d
", k);
    }

    if(wait(&status) != pid)
          perror("wait error");
    out_status(status);
    printf("----------------------------------------
");
 
    //第4个子进程
    if((pid = fork()) < 0){
        perror("fork error");
        exit(1);
    }else if(pid == 0){ //child process
        printf("pid: %d, ppid: %d
", getpid(), getppid());
        pause();  //暂停，需要用带WUNTRACED的waipid来等待。
                  //同时，该子进程需发kill -SIGSTOP 来结束
    }
    //阻塞方式
    waitpid(pid, &status, WUNTRACED);

//    //非阻塞方式
//   do
//    {
//        //当waitpid返回0，表示子进程未结束
//        pid = waitpid(pid, &status, WNOHANG |  WUNTRACED);
//        
//        if (pid == 0) sleep(1);
//    }while(pid == 0);

    out_status(status);

    return 0;
}
/*输出结果：
pid: 1686, ppid: 1685
normal exit: 0
----------------------------------------
pid: 1687, ppid: 1685
abnormal terminate: 6
----------------------------------------
pid: 1688, ppid: 1685
abnormal terminate: 8
----------------------------------------
pid: 1689, ppid: 1685
Stopped signal: 19
*/

6. exec函数

（1）exec函数的主要作用

　　①在fork函数创建子进程后，子进程往往要调exec函数来执行另一个程序。

　　②当进程调用exec函数时，该进程完全由新程序代换，替换原有进程的正文，而新程序则从其main函数开始执行。因为exec并不创建新进程，所以前后的进程ID并不改变。

　　③exec只是用另一个新程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段。

（2）函数原型

头文件	#include <unistd.h>
函数	int execl(const char* pathname, const char* arg0,…/*(char*)0*/); int execv(const char* pathname, char* const argv[]); int execle(const char* pathname, const char* arg0,…/*(char*)0,char* const envp[]*/); int execve(const char* pathname, char* const argv[],char* const envp[]); int execlp(const char* pathname, const char* arg0,…/*(char*)0*/); int execvp(const char* pathname ,char* const argv[]);
返回值	出错返回-1，成功则不返回
功能	执行程序
参数	（1）argv参数为新程序执行main函数中传递的argv参数，最后一个元素为NULL。 （2）envp为进程环境表。 （3）execlp和execvp函数中的pathname，相对和绝对路径均可使用。其它四个函数中的pathname只能使用绝对路径。相对路径一定要在进程环境表对应的PATHT中。
备注	（1）execve函数为系统调用，其余为库函数。当成功执行execve后就不返回 execve后面的代码去执行，进程进入新的程序执行，最后从新程序中退出。但执行execve出错时，仍会返回原程序。 （2）函数名后带字母“l”，表示第2个参数为列表（List），列表中的第1个元素为要执行的程序名，最后一个参数必须为NULL。 （3）带“p”的函数，表示第1个参数可以是相对或绝对路径。如果是相对路径，则会在环境变量PATH指定的路径中搜索。p表示PATH。 （4）带字母“v”表示参数列为通过一个字符串数组来传递，相当于main函数的argv参数，数组中的第1个元素必须是程序名，最后一个参数也必须为NULL。 （5）带“e”的函数，用户可以自己设置程序接收一个设置环境变量的数组。

（3）6个函数的关系

 

（4）exec执行后新进程保留原进程的一些特性

　　①进程ID、父进程ID、实际用户和组ID、进程组ID

　　②会话ID、控制终端；

　　③当前工作目录、根目录

　　④文件锁，进程信号屏蔽、未处理信号、资源限制

　　⑤闹钟尚余留的时间、tms_utime、tms_stime、tms_cutime以及tms_cstime的值。

　　⑥对打开文件的处理与每个描述符的(close-on-exec)标志有关。如果此标志设置，则在执行exec时关闭该描述符，否则该描述符仍打开。（一般系统默认这个标志位是关闭，也可以用fcntl来设置该标志位）。

　　⑦在执行exec时会自动关闭打开的目录流(调用opendir函数打开的目录)，也可以用fcntl函数为打开的目录流的描述符设置close-on-exec标志。

【编程实验】打开新程序

//process_exec.c

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

char* cmd1 = "cat";      //相对路径
char* cmd2 = "/bin/cat"; //绝对路径
char* argv1 ="/etc/passwd";
char* argv2 = "/etc/group";

int main(void)
{
    pid_t pid;
    
    //第1个子进程
    if((pid = fork()) < 0){
        perror("fork error");
        exit(1);
    }else if(pid == 0){  //child process
        //调用exec函数执行新的程序
        //if(execl(cmd1, cmd1, argv1, argv2, NULL) < 0){ //错误，execl只能用绝对路径
        if(execl(cmd2, cmd1, argv1, argv2, NULL) < 0){
            perror("execl error");
            exit(1);
        }else{
            printf("execl %s success
", cmd1); //不返回这里
        }

        //当exec成功调用后，执行流进入新的程序，不返回到这里。
        printf("after exec...
");
    }
    //只有父进程会执行到这里，子进程因exec进入了新的程序
    wait(NULL); 
    printf("--------------------------------
");

    //第2个子进程
    if((pid = fork()) < 0){
        perror("fork error");
        exit(1);
    }else if(pid == 0){  //child process
        char* argv[4]={cmd1, argv1, argv2, NULL};
        if(execvp(cmd1, argv) < 0){
            perror("execvp error");
            exit(1);
        }else{
            printf("execvp %s success
", cmd1); //不返回这里
        }
    }

    wait(NULL);

    return 0;
}

7. system函数

头文件	#include <stdlib.h>
函数	int system(const char* command);
返回值	成功返回执行命令的状态，出错返回-1
功能	简化exec函数的使用
备注	①system函数内部构建一个子进程，由子进程调用exec函数 ②/bin/bash -c "cmd"或者exec("bash","-c","cmd");

【编程实验】自定义system函数

//process_system.c

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

const char* cmd1 = "date > s1.txt";
const char* cmd2 = "date > s2.txt";
//模仿system函数
void mysystem(const char* cmd)
{
    pid_t pid;

    //1.创建子进程
    if((pid = fork()) < 0){
        perror("fork error");
        exit(1);
    }else if(pid == 0){//子进程
        //2. 通过exec函数创/bin/bash进程来执行命令
        if(execlp("/bin/bash", "bin/bash","-c", cmd, NULL) < 0){
            perror("execlp error");
            exit(1);
        }
    }else{  //父进程
        wait(0);
    }
}

int main(void)
{  
    system("clear"); //清屏
    system(cmd1);
    mysystem(cmd2); //自定义的mysystem

    return 0;
}

/*输出结果
root@bogon 6.process]# cat s1.txt              
2017年 01月 26日 星期四 19:26:23 CST
[root@bogon 6.process]# cat s2.txt              
2017年 01月 26日 星期四 19:26:23 CST
[root@bogon 6.process]# 
*/