Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen

1. 进程相关概念(414.1)

问1. 什么是程序,什么是进程,有什么区别?

  • 程序是静态的概念,gcc xxx.c –o pro,磁盘中生成pro文件,叫做程序
  • 进程是程序的一次运行活动,通俗点即程序跑起来了,系统中就多了一个进程

问2. 如何查看系统中有哪些进程?

  • a. 使用ps指令查看进程,实际工作中配合grep来查找程序中是否存在某一进程
ps// 仅显示当前终端会话中运行的进程的快照
ps aux// 仅显示当前终端会话中运行的进程的快照
ps aux|grep xxx//显示包含特定进程名称xxx的进程。

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第1张图片
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  • b. 使用top指令查看进程实时情况,类似windows任务管理器
    Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第3张图片

问3. 什么是进程标识符?

  • 每个进程都有一个非负整数表示的唯一ID,叫做pid,类似身份证
    • Pid=0:称为交换进程(swapper),作用—进程调度
    • Pid=1:init进程,作用—系统初始化
  • 编程调用 getpid 函数获取自身的进程标识符,getppid 获取父进程的进程标识符
  • PRO/demo1.c
#include 
#include 
#include 

int main(){
	pid_t pid;

	pid = getpid();//获取自身的进程标识符

	printf("my pid is %d\n",pid);

	while(1);
	return 0;
}

问4. 什么叫父进程,什么叫子进程

  • 进程A创建了进程B:
    • 那么A叫做父进程,B叫做子进程
    • 父子进程是相对的概念,理解为人类中的父子关系

问5. C程序的存储空间是如何分配?(*面试会问)

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第4张图片

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第5张图片

2. 创建进程函数fork的使用(415.2)

使用fork函数创建一个进程:pid_t fork(void);

  • fork函数调用成功,返回两次
    • 返回值为 0, 代表当前进程是子进程
    • 返回值 非负数(>0),代表当前进程为父进程
    • 调用失败,返回 -1
  • 每一次a.out之后就是当前进程结束之后,重新a.out就是新的进程,so每个pid号不一样
    Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第6张图片
  • FILE/demo3.c
    Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第7张图片
  • FILE/demo4.c
#include 
#include 
#include 

int main(){
	pid_t pid;
	pid_t pid2;

	pid = getpid();
	printf("before fork: pid = %d\n\n",pid );	

	fork();
	
	pid2 = getpid();
	printf("after fork: pid = %d\n",pid2 );		

	if(pid == pid2){
		printf("this is father print,pid = %d\n\n",pid);fork创建之前的父进程id
	}
	else{
		printf("this is child print,child pid = %d\n",getpid());//fork创建之后的子进程id
	}
	return 0;
}

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第8张图片

  • FILE/demo5.c
#include 
#include 
#include 

int main(){
	pid_t pid;

	printf("father: id =%d\n",getpid());

	pid = fork();
		
	if(pid > 0){
		printf("this is father print,pid = %d\n",getpid());
		
	}
	
	else if(pid == 0){
		printf("this is child print,pid = %d\n",getpid());
	}

	return 0;
}

3. 创建进程函数fork的使用补充(416.3)

  • FILE/demo6.c(fork的其一非负返回值表父进程,等于子进程pid号)
    Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第9张图片

4. 进程创建发生了什么事(417.4)

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第10张图片

旧版本Linux的拷贝:全拷贝

新版本Linux的拷贝:写实拷贝(Copy-On-Write,COW)(*面试会问)

  • 父子进程在初始阶段共享所有的数据(全局、 栈区、 堆区、 代码), 内核会将所有的区域设置为只读。 当父子进程中任意一个进程试图修改其中的数据时, 内核才会将要修改的数据所在的区域(页) 拷贝一份。(而陈立晨讲的是,仅数据段共享,其余全拷贝,仅当数据段发生修改时才拷贝且独立分配空间)

  • 共享数据
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  • 写时拷贝后:
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    Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第13张图片
    Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第14张图片

  • FILE/demo7.c

#include 
#include 
#include 

int main(){
	pid_t pid;
	int data = 10;

	printf("father: id =%d\n",getpid());

	pid = fork();
		
	if(pid > 0){
		printf("this is father print,pid = %d\n",getpid());
		
	}
	
	else if(pid == 0){
		printf("this is child print,pid = %d\n",getpid());
		data = data+100;
	}
	
	printf("data=%d\n",data);
	
	return 0;
}

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5. 创建新进程的实际应用场景及fork总结(418.5)

fork创建一个子进程的一般目的

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Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第18张图片

fork编程实战

  • PRO/demo8.c
#include 
#include 
#include 

int main(){
	pid_t pid;
	int data = 10;

	while(1){

		printf("please input a data\n");
		scanf("%d",&data);	
		if(data == 1){
						
				pid = fork();
					
				if(pid > 0){
					
				}
				else if(pid == 0){
				
					while(1){
						printf("do net request,pid=%d\n",getpid());
						sleep(3);//使程序休眠3秒
					}
				}
		}
		else{
			printf("wait ,do nothing\n");
		}
	}

	return 0;
}

6. vfork创建进程(419.6)

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第19张图片

  • vfork 与 fork 区别
    • vfork 直接使用父进程存储空间,不拷贝。
    • vfork 保证子进程先运行,当子进程调用exit退出后,父进程才执行。
  • PRO/demo9.c、demo10.c
#include 
#include 
#include 

int main(){
	pid_t pid;

	pid = fork();
	//pid = vfork();
		
	if(pid > 0){
		while(1){
			printf("this is father print, pid = %d\n",getpid());
			sleep(3);
		}	
	}
	else if(pid == 0){
		while(1){
			printf("this is chilid print, pid = %d\n",getpid());
			sleep(3);
		}	
	}
	
	return 0;
}
  • PRO/demo11.c、demo12.c
#include 
#include 
#include 
#include 
#include //exit函数的

int main(){
	pid_t pid;

	int cnt = 0;
	
	pid = vfork();
		
	if(pid > 0){
		while(1){
			printf("cnt=%d\n",cnt);
			printf("this is father print, pid = %d\n",getpid());
			sleep(1);
		}	
	}
	else if(pid == 0){
		while(1){
			printf("this is chilid print, pid = %d\n",getpid());
			sleep(1);
			cnt++;
			if(cnt == 3){
				exit(0);
				//_exit(0);
				//_Exit(0);
			}
		}	
	}
	return 0;
}

7. 进程退出(420.7)

  • 正常退出

    • Main函数调用return
    • 进程调用exit(),标准c库
    • 进程调用_exit()或者_Exit(),属于系统调用
    • 进程最后一个线程返回
    • 最后一个线程调用pthread_exit
  • 异常退出

    • 调用abort
    • 当进程收到某些信号时,如ctrl+C
    • 最后一个线程对取消(cancellation)请求做出响应

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8. 父进程等待子进程退出 (一)(421.8)

为啥要等待子进程退出

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第23张图片

父进程等待子进程退出并收集子进程的退出状态

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  • status参数:是一个整型数指针
    • 非空:子进程退出状态放在它所指向的地址中
    • 空:不关心退出状态
  • PRO/demo14.c
    Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第27张图片
  • PRO/demo15.c
    Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第28张图片

子进程退出状态不被收集,变成僵死进程(僵尸进程)

  • PRO/demo12.c(同demo11)(vfork,子进程退出后再父进程,子进程Z+僵尸进程)
  • PRO/demo13.c(fork无wait收集,子进程为僵尸进程,且父子进程先是交替运行)
    Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第29张图片

9. 父进程等待子进程退出 (二)(422.9)

waitpid

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  • PRO/demo16.c(waitpid(pid,&status,WNOHANG);//不常用,不挂起不等待退出)
    Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第33张图片

孤儿进程

  • 父进程如果不等待子进程退出,在子进程之前就结束了自己的“生命”,此时子进程叫做孤儿进程
  • Linux避免系统存在过多孤儿进程,init进程收留孤儿进程,变成孤儿进程的父进程(pid=1)
  • PRO/demo17.c
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unix环境高级编程

  • 代码(子进程退出的状态判断)

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运行结果:
在这里插入图片描述
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10. exec族函数(423.10)

  • 精彩博文
    • https://blog.csdn.net/u014530704/article/details/73848573

为什么要用exec族函数,有什么作用

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第38张图片

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第39张图片
在这里插入图片描述
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  • PRO/echoarg.c(演示argc的用法)
#include 

int main(int argc,char *argv[]){
    int i = 0;
    for(i = 0; i < argc; i++){
        printf("argv[%d]: %s\n",i,argv[i]); 
    }
    return 0;
}

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第41张图片

  • PRO/demo18.c(演示execl执行另一程序的样子)
#include 
#include 
#include 
//函数原型:int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("before execl\n");
    
    if(execl("./echoarg","echoarg","abc",NULL) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");//execl调用失败才会走到这里
    
    return 0;
}

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  • PRO/demo19.c(execl 执行 ls 指令)
#include 
#include 
#include 
//函数原型:int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("before execl\n");
    
    if(execl("/bin/ls","ls",NULL,NULL) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");
    
    return 0;
}

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第43张图片

  • PRO/demo20.c(execl 执行 ls -l 指令)
#include 
#include 
#include 
//函数原型:int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("before execl\n");
    
    if(execl("/bin/ls","ls","-l",NULL) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");
    
    return 0;
}

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第44张图片

  • PRO/demo21.c(execl 执行 /bin/date 下的 data 文件)
#include 
#include 
#include 
//函数原型:int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("this pro get system date:\n");
	
    if(execl("/bin/date","date",NULL,NULL) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");
    
    return 0;
}

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第45张图片

  • PRO/demo22.c(execlp函数带p,能通过环境变量PATH查找到可执行文件ps)(带p的只是省略了绝对路径,编译结果都一样)
#include 
#include 
#include 
//函数原型:int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("this pro get system date:\n");
	
    if(execlp("ps","ps",NULL,NULL) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");
    
    return 0;
}

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第46张图片
echo $PATH:让系统能找到这个路径底下的可执行程序
在这里插入图片描述

  • 将当前路径添加到系统环境变量(不用“./”、在别的目录下也可直接执行那个程序)
pwd//return:/home/cjq/Jessie/PRO
export PATH=$PATH:/home/cjq/Jessie/PRO

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Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第49张图片

  • PRO/demo23.c(编译结果同demo22)(带v的只是多了一个char *argv)
#include 
#include 
#include 
//函数原型:int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("this pro get system date:\n");

    char *argv[] = {"ps",NULL,NULL};
    if(execvp("ps",argv) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");
    
    return 0;
}
  • PRO/demo24.c(编译结果同demo22、23)(带v的只是多了一个char *argv)(不带p要加上绝对路径)
char *argv[] = {"ps",NULL,NULL};
    if(execv("/bin/ps",argv) == -1){

11. exec族函数配合fork使用(11)

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第50张图片

  • 实现功能:当父进程检测到输入为1的时候,创建子进程把配置文件的字段值修改掉
  • PRO/demo25.c(仅使用子进程方式修改配置文件中的参数)
#include 
#include 
#include 
#include //wait的
#include //wait的
#include 
#include 
#include 

int main(){
	pid_t pid;
	int data = 10;

	while(1){
		printf("please input a data\n");
		scanf("%d",&data);	
		if(data == 1){
			int fdSrc;			
		
			pid = fork();
			
			if(pid > 0){
				wait(NULL);
			}	
			if(pid == 0){
				char *readBuf=NULL;

				fdSrc = open("config.txt",O_RDWR);
				int size = lseek(fdSrc,0,SEEK_END);
				lseek(fdSrc,0,SEEK_SET);

				readBuf=(char *)malloc(sizeof(char)*size + 8);
				int n_read = read(fdSrc, readBuf, size);

				char *p = strstr(readBuf,"LENG=");
				if(p==NULL){
					printf("not found\n");
					exit(-1);
				}
				p = p+strlen("LENG=");
				*p = '5';

				lseek(fdSrc,0,SEEK_SET);
				int n_write = write(fdSrc,readBuf,strlen(readBuf));
				
				close(fdSrc);
				exit(0);
			}
		}
		else{
			printf("wait ,do nothing\n");
		}
	}
	return 0;
}
  • PRO/demo26.c(子进程用exec调用另一程序来修改配置文件中的参数)
#include 
#include 
#include 
#include //wait的
#include //wait的
#include 
#include 
#include 

int main(){
	pid_t pid;
	int data = 10;

	while(1){
		printf("please input a data\n");
		scanf("%d",&data);	
		if(data == 1){
			int fdSrc;			
			pid = fork();
		
			if(pid > 0){
				wait(NULL);
			}	
			if(pid == 0){
				execl("./changeData","changeData","config.txt",NULL);
			}
		}
		else{
			printf("wait ,do nothing\n");
		}
	}
	return 0;
}

12. system函数(424.12)

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第51张图片

  • 精彩博文:linux system 函数详解
    • https://www.cnblogs.com/leijiangtao/p/4051387.html
  • system()函数的返回值如下:
    • 成功,则返回进程的状态值;
    • 当sh不能执行时,返回127;
    • 失败返回-1;
  • PRO/demo27.c
#include 
#include 
#include 
#include //wait的
#include //wait的
#include 
#include 
#include 

int main(){
	pid_t pid;
	int data = 10;

	while(1){
		printf("please input a data\n");
		scanf("%d",&data);	
		if(data == 1){
			int fdSrc;			
		
			pid = fork();
			
			if(pid > 0){
				wait(NULL);
			}	
			if(pid == 0){
				
				//execl("./changeData","changeData","config.txt",NULL);
				system("./changeData config.txt");//相当于在终端执行shell命令“sh -c ./changeData config.txt”
			}
		}
		else{
			printf("wait ,do nothing\n");
		}
	}
	return 0;
}

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第52张图片

13. popen函数(425.13)

Linux系统编程_进程:C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen_第53张图片

  • linux下popen的使用心得
    • https://blog.csdn.net/libinbin_1014/article/details/51490568
  • 比system在应用中的好处:
    • 可以获取运行的输出结果
  • PRO/demo28.c(system(exec)运行成功不返回)
#include 
#include 
#include 
//函数原型:int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    char ret[1024] = {0};

    system("ps");
    printf("ret=%s\n",ret);
	//popen("ps","w");
    return 0;
}
  • PRO/demo29.c(popen返回运行结果)
#include 
#include 
#include 
//函数原型:int execl(const char *path, const char *arg, ...);
//FILE *popen(const char *command, const char *type);
//size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream)
//int pclose(FILE *stream);
int main(void){
    char ret[1024] = {0};
    FILE *fp;

    fp = popen("ps","r");
    int nread = fread(ret,1,1024,fp);	

    printf("read ret %d byte, ret=%s\n",nread,ret);
	    
    return 0;
}

14. 进程总结(426.14)(重点:1 2 3 4 5 12 13节课程)

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