Linux进程同步
学习目标：
exec函数族，
exit()进程退出。
特殊进程(孤儿，僵尸进程)，
wait函数和waitpid函数。
学习内容：
exec函数族：
一个进程调用exec类函数，它本身就"死亡"了，系统把代码段替换成新的程序代码，废弃原有数据段和堆栈段，并为新程序分配新数据段与堆栈段，
包含的函数如下：
//2022.5.12
#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[]); 参数说明：
（1）当参数是path，传入的为路径名；当参数是file，传入的可执行文件名；
（2）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；
（3）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；
代码案例：
//2022.5.11 郭裕平
#include
#include
#include
int main(){
pid_t pid;
pid=fork();//创建进程
if(pid==-1){
perror("分叉错误");
exit(-1);
}//0f if
else if(pid>1){
printf("父进程：pid=%d\n",getpid());
}
else if(pid==0){
printf("子进程：pid=%d\n",getpid());
//execl("/bin/ls","-a","-l","test_fork.c".NULL);
//execl("ls","-a","-l","test_fork.c".NULL);
char *arg[]={"-a","-l","test_fork.c",NULL};
execvp("ls",arg);
perror("错误执行器\n");
printf("子进程：pid=%d\n",getpid());
}
return 0;
}
进程退出：
Linux系统中进程的退出通过exit()函数实现。exit()函数存在于系统函数库stdlib.h中，其声明如下：
#include
void exit(int status);
参数说明：
1）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；
2）为了可读性，标准C定义了两个宏：EXIT_SUCCESS和EXIT_FAILURE
Linux系统中有一个与exit()函数非常相似的函数：_exit()，其声明如下：
#include
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：
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。
wait函数：
功能： 挂起进程，进程进入阻塞状态，直到子进程变为僵尸态，如果捕获到子进程的退出信 息 就会转为运行态，然后回收子进程资源并返回；若没有变为僵尸态的子进程，wait函数就 会让进程一直阻塞。若当前进程有多个子进程，只要捕获到一个变为僵尸态的子进程，wait 函数就会恢复执行态。
格式：
#include
pid_t wait(int *status); 参数：status是一个int * 类型的指针，用来保存子进程退出时的状态信息。但是通常我们只想消灭僵尸进程，不在意程序如何终止，因此一般将该参数设置为NULL。
返回值： 成功：返回子进程的进程id；
失败：返回-1，errno被设置为ECHILD。
代码案例：
#inlcude
#include
#include
#include
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, getppid());
}//of if
printf("......finish......");
return 0;
}//of main waitpid()函数：
功能：wait函数的缺点：当前进程有很多个子进程，wait函数无法保证所有子进程在父进程之前执行。可以应对 wait函数面临的缺点。可以等待指定的子进程，也可以在父进程不阻塞的情况下获取子进程的状态。
格式：
#include
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); 参数说明：
pid：一般是进程的pid，也有可能是其他取值。进一步说明如下：
pid > 0：等待子进程（编号为pid）退出，若退出，函数返回；若未结束，则一直等待；
pid = 0：等待同一进程组的所有子进程退出，若某子进程加入了其他进程组，则waitpid不再关心它的状态；
pid = -1：waitpid函数退化为wait函数，阻塞等待并回收一个子进程；
pid < -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，选项如下：
WNOHANG：如果子进程没有终止，waitpid不会阻塞父进程，会立即返回；
WUNTRACED：如果子进程暂停执行，waitpid立即返回；
返回值说明：
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。
代码案例：1.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。
#include
#include
#include
int main(){
pid_t tempPid, tempP, tempW;
tempPid= fork();
if (tempPid == -1){
perror("fork1 error");
exit(1);
}
else if (tempPid == 0){
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 i
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 2.基于waitpid函数不断获取子进程的状态。
#include
#include
#include
int main() {
pid_t tempPid, tempW;
tempPid = fork();
if (tempPid == -1){
perror("fork error");
exit(1);
}
else if (tempPid == 0){
sleep(3);
printf("Child process:pid=%d\n", getpid());
exit(0);
}
else {
do{
tempW = waitpid(tempPid, NULL, WNOHANG);
if (tempW == 0){
printf("No child exited\n");
sleep(1);
}//of if
}
while (tempW == 0);
if (tempW == tempPid){
printf("Catch a Child process:pid=%d\n", w);
}
else{
printf("waitpid error\n");
}//of if
}//of if
return 0;
}//of main
学习时间：
2022.5.11--5.12
学习产出：
在多道程序环境中,进程是并行执行的,父进程与子进程可能没有交集,各自独立执行；但也有可能,子进程的执行结果是父进程的下一步操作的先决条件,此时父进程就必须等待子进程的执行。我们把异步环境下的一组并发进程因相互制约而互相发送消息、互相合作、互相等待,使得各进程按一定速度和顺序执行称为进程间的同步。
系统中进程的执行顺序是由内核决定的,使用这种方法很难做到对进程的精确控制。
系统的wait（）与waitpid（）函数来获取进程状态，实现进程同步。