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Linux基础第五章进程控制

5.2 fork

fork函数实现进程复制，类似于动物界的单性繁殖，fork函数直接创建一个子进程。这是Linux创建进程最常用的方法。在这一小节中，子进程概念指fork产生的进程，父进程指主动调用fork的进程。

fork后，子进程继承了父进程很多属性，包括：

文件描述符：相当与dup，标准输入标准输出标准错误三个文件
账户/组ID：
进程组ID
会话ID
控制终端
set-user-ID和set-group-ID标记
当前工作目录
根目录
umask
信号掩码
文件描述符的close-on-exec标记
环境变量
共享内存
内存映射
资源限制

但是也有一些不同，包括：

fork返回值
进程ID
父进程
进程运行时间记录，在子进程中被清0
文件锁没有继承
闹钟

信号集合

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
       #include <sys/stat.h>
       #include <fcntl.h>

int main()
{
    printf("before fork
");

    // 在父进程中打开的文件描述符
//    int fd = open("a.txt", O_RDWR|O_CREAT, 0777);

//    FILE* fp = fopen("a.txt", "r");
    int fd = open("a.txt", O_RDWR);
    pid_t pid = fork(); // 创建一个新进程
    if(pid == 0)
    {
        // 子进程可以使用父进程的描述符
  //      write(fd, "hello", 5);
    
      //  char ch = fgetc(fp);
        char ch;
        read(fd, &ch, 1);
        printf("ch is %c
", ch);

        printf("this is in child, ppid=%d
", (int)getppid());
    }
    else if(pid > 0)
    {
    //    write(fd, "world", 5);
        char ch;
        read(fd, &ch, 1);
        printf("ch is %c
", ch);


        // 当fork返回值大于0时，说明该进程是父进程
        // 此时，返回值就是子进程的pid
        printf("this is in parent, pid=%d
", (int)getpid());
    }
    else
    {
        printf("error fork
");
    }

    printf("hello fork
");
}

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

int global_var = 0;//fork()出来的子进程的值改变，不会影响父进程  因为开开辟了新的空间

int main()
{
    int var = 0;
    int* p = (int*)malloc(sizeof(int));
    *p = 0;

    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0)
    {
        global_var = 100;
        *p = 100;
        var = 100;
        printf("set var
");
    }
    else if(pid > 0)
    {
        sleep(1);
        // 确定的结果，就是0
        printf("%d
", global_var);
        printf("var is %d
", var); // 0
        printf("*p = %d
", *p);
    }
    
    printf("hello world
");
}

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

void forkn(int n)
{
    int i;
    for(i=0; i<n; ++i)
    {
        pid_t pid = fork();
        if(pid == 0)
            break;
    }
}

int main()
{
    forkn(10);

    printf("hello world
");
}

5.3 进程终止

进程有许多终止方法：

方法
main函数return	正常退出
调用exit或者_Exit或者_exit	正常退出
在多线程程序中，最后一个线程例程结束	正常退出
在多线程程序中，最后一个线程调用pthread_exit	正常退出
调用abort	异常退出
收到信号退出	异常退出
多线程程序中，最后一个线程响应pthread_cancel	异常退出

当进程退出时，内核会为进程清除它申请的内存，这里的内存是指物理内存，比如栈空间、堆、代码段、数据段等，并且关闭所有文件描述符。

一般来说，进程退出时，需要告诉父亲进程退出的结果，如果是正常退出，那么这个结果保存在内核的PCB中。如果是异常退出，那么PCB中保存退出结果的字段，是一个不确定的值。因此程序员应该避免程序的异常退出。

进程退出时，除了它的PCB所占内存，其他资源都会清除。

5.4 wait和waitpid

一个进程终止后，其实这个进程的痕迹还没有完全被清除，因为还有一个PCB在内核中，如果不回收，那么会导致内存泄漏。父进程可以调用wait函数来回收子进程PCB，并得到子进程的结果。

wait是一个阻塞调用，它的条件是一个子进程退出或者一个子进程有状态变化。
wait得到的status，包含了子进程的状态变化原因和退出码信息等等。

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


int main()
{
    pid_t pid = fork();

    if(pid == 0)
    {
        sleep(1);
        printf("child process
");

        return 18;
    }
    else if(pid > 0)
    {
        printf("parent process
");

        // 等待子进程结束，并且回收子进程的PCB
        int status;
        wait(&status);

        // 如何得到子进程的返回值
        if(WIFEXITED(status))
        {
            printf("normal child process exit
"); // 正常退出

            int code =WEXITSTATUS(status);
            printf("code is %d
", code);
        }
        else if(WIFSIGNALED(status))
        {
            printf("signal
");
        }
        else if(WIFSTOPPED(status))
        {
            printf("child stopped
");
        }
        else if(WIFCONTINUED(status))
        {
            printf("child continue...
");
        }


        printf("after wait
");
    }



    return 0;
}

wait和waitpid可能会阻塞父进程，所以一般使用SIGCHLD信号来监控子进程

5.5 僵尸进程和孤儿进程

5.5.1 僵尸进程

是指已经退出的进程，但是父进程没有调用wait回收的子进程。僵尸进程没有任何作用，唯一的副作用就是内存泄漏。如果父进程退出，那么它的所有僵尸儿子会得到清理，因此僵尸进程一般指那些用不停歇的后台服务进程的僵尸儿子。

程序员应该避免僵尸进程的产生。

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

int main()
{
    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0)
    {
        // 子进程什么事儿都不干，退出了，此时子进程是僵尸进程
    }
    else if(pid > 0)
    {
        getchar(); // 父进程不退出
    }

    return 0;
}

5.5.2 孤儿进程

父进程退出了，而子进程没有退出，那么子进程就成了没有父亲的孤儿进程。孤儿进程不会在系统中出现很长时间，因为系统一旦发现孤儿进程，就会将其父进程设置为init进程。那么将来该进程的回收，由init来负责。

5.6 exec

exec函数执行一个进程，当一个进程调用exec后，调用该函数的进程的虚拟地址空间的代码段、数据段、堆、栈被释放，替换成新进程的代码段、数据段、堆、栈，而PCB依旧使用之前进程的PCB。这个函数用中文来说就是鸠占鹊巢。

exec后使用的是同一个PCB，所以exec之后和之前，由很多进程属性是相同的，包括：

进程ID和父进程ID
账户相关
进程组相关
定时器
当前目录和根目录
umask
文件锁
信号mask
未决的信号
资源限制
进程优先级
进程时间
没有close-on-exec属性的文件描述符

使用fork和exec来执行一个新程序

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

// execle, e表示环境变量environ
//
int main(int argc, char* argv[])
{
    char* args[] = {
        "/bin/ls",
        "-a",
        "-l",
        NULL
    };
    execv("/bin/ls", args);
}

int main2(int argc, char* argv[])
{
    // p表示在PATH的环境变量中寻找这个程序
    execlp("ls", "ls", NULL);
}

int main1(int argc, char* argv[])
{
    // 执行一个程序
    execl("/bin/ls", "/bin/ls", "-a", "-l", NULL);

    // 该函数不会被执行
    printf("hello world
");
}

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    // fd is 3
    int fd = open("exec.txt", O_RDWR|O_CREAT|O_CLOEXEC, 0777);

    execl("./exec_test", "./exec_test", NULL);
}

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 execvpe(const char *file, char *const argv[],

char *const envp[]);

函数后缀	解析
l	list 用不定参数列表来表示命令参数，如果用不定参数列表，那么用NULL表示结束
v	vector 用数组来传递命令行参数
p	path 表示程序使用程序名即可，在$PATH中搜索该程序，不带p的需要提供全路径
e	environ 表示环境变量

补充：不定参数

不定参数函数定义：

#include "../h.h"

#define mylog(fmt, ...) myprint(__FILE__, __LINE__, fmt, __VA_ARGS__)

void myprint(const char* filename, int line, const char* fmt, ...)

{

printf("%s, %d, ", filename, line);

va_list ap;

va_start(ap, fmt);

vprintf(fmt, ap);

va_end(ap);

}

int print(const char* a, ...)

{

const char* arg = a;

va_list args;

va_start(args, a);

while(arg)

{

printf("%s ", arg);

arg = va_arg(args, const char*);

}

#if 0

printf("%s ", a);

while(1)

{

const char* arg = va_arg(args, const char*);

if(arg == NULL)

break;

printf("%s ", arg);

}

#endif

va_end(args);

}

int add(int count, ...)

{

int i;

int sum = 0;

va_list args;

// 获得不定参数的首地址

va_start(args, count);

for(i=0; i<count; ++i)

{

// 通过va_arg获得参数

int arg = va_arg(args, int);

sum += arg;

}

// 参数获取完毕

va_end(args);

return sum;

}

int main()

{

myprint(__FILE__, __LINE__, "haha%d ", 100);

mylog("print in mylog %d ", 100);

print("hello", "world", "haha", "you are dead", NULL);

int ret = add(3, 5, 6, 7);

printf("%d ", ret);

return 0;

}

int main()
{
    int a = add(3, 12, 13, 14);
    int b = add(2, 12, 13);
    int c = add(4, 12, 13, 14, 15);
     printf("%d, %d, %d
", a, b, c);

    char* p = concat("abc", "bcd", NULL);
    printf("p is %s
", p);

    // 最后的NULL，被称之为哨兵
    p = concat("aaaa", "bbbb", "cccc", NULL);
    printf("p is %s
", p);

}

#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>

// 如果没有__VA_ARGS__不带##，表示__VA_ARGS__至少要表示一个参数
// #define mylog(fmt, ...) printf("[%s:%d] "fmt, __FILE__, __LINE__, __VA_ARGS__)

// __VA_ARGS__如果有##，表示可以没有参数
#define mylog(fmt, ...) printf("[%s:%d] "fmt, __FILE__, __LINE__, ##__VA_ARGS__)

int main()
{
    int fd = open("a.txt", O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        mylog("error open file
");
    }
}

#include <stdio.h>

// 转字符串 abc "abc"
#define STR(a) #a

// 拼接标识符
#define CC(a, b) a##b

int main()
{
    int abcxyz = 100;
    printf("%d
", CC(abc, xyz));
}

5.8 账户和组控制

Snip20161008_26
Snip20161008_28

5.9 进程间关系

在Linux系统中，进程间除了有父子关系，还有组关系、Session关系、进程和终端进程关系。设计这些关系是为了更好的管理进程。

5.9.1 Session

一次登陆算一个session，exit命令可以退出session，session包括多个进程组，一旦session领导退出，那么一个session内所有进程退出（它的所有进程收到一个信号）。

#include <unistd.h>
int main()
{
    pid_t pid = fork();

    if(pid == 0)
    {
            // 独立一个session
            setsid();
    }
    
    while(1)
    {
        sleep(1);
    }
}

5.9.2 进程组

在终端执行进程，就会生成一个进程组。执行的进程fork之后，子进程和父进程在一个组中。

进程组长退出后，进程组的其他进程的组号依旧没有变化。

5.10 练习

5.10.1 fork任意个子进程。

int main()

{

int i;

for(i=0; i<7; ++i)

{

pid_t pid = fork();

if(pid == 0)

break;

}

5.10.2 使用多进程加速文件拷贝

./mycp -job 4 srcfile destfile

使用-job定义进程数量，加速文件拷贝。

#include "../h.h"

int get_file_length(const char* filename)

{

struct stat buf;

int ret = stat(filename, &buf);

if(ret == -1)

return -1;

return buf.st_size;

}

void process_copy(const char* src_file, const char* dst_file, int pos, int length)

{

FILE* src = fopen(src_file, "r");

FILE* dst = fopen(dst_file, "r+");

char buf[4096];

int block_size = sizeof(buf);

fseek(src, pos, SEEK_SET);

fseek(dst, pos, SEEK_SET);

while(length)

{

int copy_len = length < block_size ? length : block_size;

int ret = fread(buf, 1, copy_len, src);

fwrite(buf, ret, 1, dst);

length -= ret;

}

fclose(src);

fclose(dst);

}

// ./multi-process-cp -job n srcfile dstfile

int main(int argc, char* argv[])

{

if(argc != 5)

{

printf("usage %s -job {process_count} {src_file} {dst_file} ", argv[0]);

return 1;

}

if(strcmp(argv[1], "-job") != 0)

{

printf("unknown options: %s ", argv[1]);

return 2;

}

int process_count = atoi(argv[2]);

if(process_count <= 0)

{

printf("process count error ");

return 3;

}

const char* src_file = argv[3];

const char* dst_file = argv[4];

// 获得文件总长度

int filelen = get_file_length(src_file);

if(filelen == -1)

{

printf("file not exist ");

return 3;

}

// 保证dst文件存在，并且dst的文件尺寸是src文件一样大

int fd = open(dst_file, O_CREAT|O_WRONLY, 0777);

// ftruncate(fd, filelen);

close(fd);

truncate(dst_file, filelen);

// 4 process 21 字节 21/4 = 5

// 0 0~4

// 1 5-9

// 2 10-14

// 3 21-15 6

int i;

int average = filelen / process_count;

// 只要创建n-1个子进程，父进程负责最后部分的拷贝

for(i=0; i<process_count-1; ++i)

{

pid_t pid = fork();

if(pid == 0)

{

// 子进程拷贝完成直接结束

int pos = average * i;

process_copy(src_file, dst_file, pos, average);

return 0;

}

int pos = average * i;

process_copy(src_file, dst_file, pos, filelen - pos);

// wait一次只wait一个子进程

for(i=0; i<process_count-1; ++i)

wait(NULL);

return 0;

}

5.10.3 实现自定义终端

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

// ls
// mkdir aaa
// cp ../aa bb
// cd
void handle_cmd(char* cmd)
{
    char* args[1024];
    char* p = strtok(cmd, " ");
    int i = 0;
    while(p)
    {
        args[i++] = p;
        p = strtok(NULL, " ");
    }
    args[i] = NULL; // 表示参数结束位置

    if(strcmp(args[0], "cd") == 0)
    {
        // 切换当前目录
        chdir(args[1]);
        return;
    }


    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0)
    {
        execvp(args[0], args);
        // 如果命令执行失败，应该让子进程退出
        printf("invalid command
");
        exit(0);
    }
    else
    {
        wait(NULL); 
    }
}

int main()
{
    while(1)
    {
        printf("myshell> ");
        // 等待用户输入
        char buf[4096];
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
        buf[strlen(buf)-1] = 0; // remove 


        if(strlen(buf) == 0)
        {
            continue;
        }

        handle_cmd(buf);
    }
}

5.11 函数和命令

5.11.1 函数

fork：创建子进程
exec：执行新的程序
wait/waitpid：等待子进程结束，回收子进程PCB内存。
va_list：
va_start：定义指向不定参数的第一个参数的地址
va_arg：从参数列表中获取一个参数，并且让指针指向下一个参数
va_end：清除ap

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原文地址：https://www.cnblogs.com/w-x-me/p/6399287.html

Linux基础第五章 进程控制

5.2 fork

5.3 进程终止

5.4 wait和waitpid

5.5 僵尸进程和孤儿进程

5.5.1 僵尸进程

5.5.2 孤儿进程

5.6 exec

补充：不定参数

5.8 账户和组控制

5.9 进程间关系

5.9.1 Session

5.9.2 进程组

5.10 练习

5.10.1 fork任意个子进程。

5.10.2 使用多进程加速文件拷贝

5.10.3 实现自定义终端

5.11 函数和命令

5.11.1 函数

Linux基础第五章进程控制