LinuxC高级编程——进程

LinuxC高级编程——进程


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        每个进程在内核中都有一个进程控制块( PCB)来维护进程相关的信息, Linux内核的 进程控制块是task_struct结构体。PCB包含的信息:

(1)进程id。系统中每个进程有唯一的id,在C语言中用pid_t类型表示,其实就是一个非负整 数。

(2)进程的状态,有运行、挂起、停止、僵尸等状态。

(3)进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。 描述虚拟地址空间的信息。

(4)描述控制终端的信息。

(5)当前工作目录(Current Working Directory) 。
(6)umask掩码。

(7)文件描述符表,包含很多指向file结构体的指针。

(8)和信号相关的信息。 用户id和组id。

(9)控制终端、Session和进程组。

(10)进程可以使用的资源上限(Resource Limit)

一、环境变量

        libc中定义的全局变量environ指向环境变量表, environ没有包含在任何头文件中,所以在使用时要用extern声明。

#include

int main(void)
{
  extern char **environ;
  int i;

  for(i = 0; environ[i] != NULL; i++)
  {
    printf("%s\n", environ[i]);
  }

  return 0;
} 

比较重要的环境变量:

PATH:可执行文件的搜索路径。

SHELL:当前SHELL,通常是/bin/bash。

TERM:当前终端类型。在图形界面下通常是xterm。

LANG:语言和locale,决定了字符编码以及时间、货币等信息的显示格式。

HOME:当前用户主目录的路径,很多程序需要在主目录下保存配置文件,使得每个用户在运行该程 序时都有自己的一套配置。

 

二、fork()系统调用

        fork的作用是根据一个现有的进程复制出一个新 进程,原来的进程称为父进程(Parent Process) ,新进程称为子进程(Child Process)。系统中 同时运行着很多进程,这些进程都是从最初只有一个进程开始一个一个复制出来的。在Shell下输入 命令可以运行一个程序,是因为Shell进程在读取用户输入的命令之后会调用fork复制出一个新 的Shell进程,然后新的Shell进程调用exec执行新的程序。

例如:在Shell提示符下输入命令ls,首先fork创建子进程,这时父进程仍在执行/bin/bash程序,然后子进程调用exec执行新的程序/bin/ls

除了子进程和父进程的进程ID不同,其他资源一模一样。

——创建子进程

(1)函数原型:

#include
#include 
pid_t fork(void);

(2)参数——无

(3)返回值

        fork调用失败则返回-1,返回进程pid,pid大于0:父进程;pid等于0:子进程。执行顺序不定,根据内核的调度算法。

        特点:调用一次,返回两次。

setfollow-fork-mode child命令设置gdb在fork之后跟踪子进程( set follow-fork-mode
parent则是跟踪父进程),然后用run命令,看到的现象是父进程一直在运行

#include
#include
#include
#include
int main(void)
{
  pid_t pid;
  char *message;
  int n;

  pid = fork();
  if (pid < 0)
  {
    perror("fork failed");
    exit(1);
  }
  if (pid == 0)
  {
    message = "This is the child\n";
    n = 6;
  }
  else
  {
    message = "This is the parent\n";
    n = 3;
  }
  for(; n > 0; n--)
  {
    printf(message);
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

三、exec函数族

        用fork()创建子进程后执行的是个父进程一样的程序,子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。exec不创建新进程,所以进程id不变。

1exec函数族详解

(1)、函数原型

#include
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[]);

(2)、参数——可变参数

(3)、返回值

       这些函数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。 

2、记忆这些函数的规则

(1)不带字母p(表示path)的exec函数第一个参数必须是程序的相对路径或绝对路径。

(2)对于带字母p的函数:如果参数中包含/,则将其视为路径名。否则视为不带路径的程序名,在PATH环境变量的目录列表中搜索这个程序。

(3)带有字母l(表示list)的exec函数要求将新程序的每个命令行参数都当作一个参数传给它,命令行参数的个数是可变的,因此函数原型中有...,...中的最后一个可变参数应该是NULL, 起sentinel的作用。

(4)对于带有字母v(表示vector)的函数,则应该先构造一个指向各参数的指针数组,然后将该数组的首地址当作参数传给它,数组中的最后一个指针也应该NULL,就像main函数的argv参数或者环境变量表一样。

(5)对于以e(表示environment)结尾的exec函数,可以把一份新的环境变量表传给它,其他exec函数 仍使用当前的环境变量表执行新程序。

只有execve是真正的系统调用,其它五个函数最终都调用execve。通过man可以验证,man 2 execve,其余的都是man 3。

char*const ps_argv[] = {"ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL};
char*const ps_envp[] = {"PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL};
execl("/bin/ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);
execv("/bin/ps", ps_argv);
execle("/bin/ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL, ps_envp);
execve("/bin/ps", ps_argv, ps_envp);
execlp("ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);
execvp("ps", ps_argv); 

四、waitwaitpid函数

        僵尸( Zombie)进程:一个进程已经终止,但是它的父进程尚未调用wait或waitpid对它进行清理,这时的进程状态称为僵尸进程。

(1)函数原型

#include
#include 
pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

(2)参数

(3)返回值

        若调用成功则返回清理掉的子进程id,若调用出错则返回-1。父进程调用wait或waitpid时可能会: 阻塞(如果它的所有子进程都还在运行)。 带子进程的终止信息立即返回(如果一个子进程已终止,正等待父进程读取其终止信息)。 出错立即返回(如果它没有任何子进程)。

        区别:如果父进程的所有子进程都还在运行,调用wait将使父进程阻塞,而调用waitpid时如果 在options参数中指定WNOHANG可以使父进程不阻塞而立即返回0。wait等待第一个终止的子进程,而waitpid可以通过pid参数指定等待哪一个子进程。

        调用:pid = wait(NULL); // 如果成功,wait会返回被收集的子进程的进程ID,如果调用进程没有子进程,调用就会失败,此时wait返回-1,同时errno被置为ECHILD。 

#include
#include
#include
#include
#include
int main(void)
{
  pid_t pid;
  pid = fork();
  if (pid < 0)
  {
    perror("fork failed");
    exit(1);
  }
  if (pid == 0)
  {
    int i;
    for (i = 3; i > 0; i--)
    {
      printf("This is the child\n");
      sleep(1);
    }
    exit(3);
  }
  else
  {
    int stat_val;
    waitpid(pid, &stat_val, 0);
    if (WIFEXITED(stat_val))
    {
      printf("Child exited with code%d\n", WEXITSTATUS(stat_val));
    }
    else if (WIFSIGNALED(stat_val))
    {
      printf("Child terminated abnormally,signal %d\n", WTERMSIG(stat_val));
    }
  }
  return 0;
}

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