【系统编程】进程控制

一、进程相关操作与编程对应函数

1.进程创建：两种方式来实现。

①fork:创建一个子进程，父子进程共享一份代码程序，但是各有一份独立的数据，为了效率和保持数据的独立采用写时复制技术(COW)。运行无优先级。

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

返回值：成功——子进程(0)，父进程(子进程pid)、失败——(-1)

②vfork:创建一个新进程，子进程复制一份父进程的数据和堆栈空间(COW技术)，继承父进程的用户代码、用户组、环境变量、打开的文件等资源，但是子进程不会继承父进程的文件锁定和未处理的信号。子进程优先执行，直到子进程调用exec函数或退出。在调用exec或exit之前，子进程和父进程的数据是共享的。

#include<unistd.h>
pid_t vfork(void);

返回值：成功——子进程(0)，父进程(子进程pid)、失败——(-1)

2.进程等待

①wait：直到有信号来到或所有子进程结束时父进程才恢复执行。如果在调用wait()时子进程已经结束，则wait()会立即返回子进程结束状态值status。

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait (int * status);

返回值：成功——子进程PID，失败——(-1)

②waitpid：指定等待的进程。

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid,int * status,int options);

Pid：欲等待的子进程识别码
    pid <-1 等待进程组识别码为pid绝对值的任何子进程。
    pid =-1 等待任何子进程，相当于wait()。
    pid = 0 等待进程组识别码与目前进程相同的任何子进程。
    pid > 0 等待任何子进程识别码为pid的子进程
options 通常设置成0

参数解释

返回值：成功——子进程PID，失败——(-1)

3.执行程序

①exec函数族：在当前的进程中执行任务。

主要函数：execl、execv 、execle 、execve 、execlp 、execvp。函数的主要区别在于参数传递方式的不同。

"l" : list,函数的参数是通过一一列举的方式来传递的
"v" : vector,向量、指针的意思，参数是通过字符数组指针来传递
"e" : environment
"p" : PACH,指定文件默认从PATH 环境变量中查找文件并执行

函数字母含义

#include<unistd.h> 
/*
 *执行参数path字符串所代表的文件路径，接下来的参数，代表执行该文件时传递过去的argv(0)、argv[1]……，最后一个参，数必须用空指针(NULL)作结束。
*/
int execl(const char *path，const char *arg，...);

/*
 *执行参数path字符串所代表的文件路径，与execl()不同的地方在于execv()只需两个参数，第二个参数利用数组指针来传递给执行文件, char *const argv[]是指针数组，argv[0]、argv[1]...存放的是字符串的起始地址，这里要求他的最后一个成员存放的是NULL
*/
int execv(const char *path，char *const argv[]);

//从PATH环境变量指定的目录中查找符合file指针指向的字符串的文件来执行
int execlp(const char *file，const char *arg，...);

int execle(const char *path，const char *arg，...，char *const envp[]);
int execve(const char *path，char *const argv[]，char *const envp[]);
int execvp(const char *file，char *const argv[]);

函数用法解析

返回值：失败——(-1)

const char *argv[]={"ps","-au",NULL};
const char *envp[]={"PATH=/bin/:/usr/bin:usr/local/bin","HOME=/home/clbiao/arm",NULL};
//执行文件位置在第一个参数，执行参数在后面指出
execl("/bin/ps","ps","-au",NULL);
execv("/bin/ps",argv);
//指定参数并指定搜索位置
execve("/bin/ps",argv,envp);
execle("/bin/ps","ps","-aux",NULL,envp);
//只指定参数，从系统默认的PATH中搜，不用自己去定义envp
execvp("ps",argv); 
execlp("ps","ps","-au",0);

识记方法

②system函数：在当前进程再创建一个进程来执行任务，是对fork、exec、waitpid的进一步封装。

#include <stdlib.h>
int system(const char *cmdstring);

4.进程终止

①exit：退出进程前检查文件的打开情况，把打开的文件写回

#include <stdlib.h>
void exit(int status);

②_exit：直接退出进程，不处理标准I/O缓冲区

#include <unistd.h>
void _exit(int status);//status是返回给父进程的状态

二、演示程序

 1 #include <unistd.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <stdio.h>
 4 int main()
 5 {
 6     int pid;
 7     pid = vfork();
 8     //pid = fork();
 9     if(pid==0)
10     {
11         printf("\nChild process\n");
12         printf("This is in output buffer A");
13         _exit(0);
14     }
15     else
16     {
17         printf("\nFather process\n");
18         printf("This is in output buffer B");
19         exit(0);
20     }
21 }

Test Code

//使用vfork时是：
Child process
This is in output buffer A
Father process
This is in output buffer B
//使用fork时是：
Child process
Father process
This is in output buffer B

运行结果

结果分析：

    使用vfork时，子进程先执行，“Child process”先打印出来，接着把“This is in output buffer B”写到printf的buffer，并没有打印出来，因为后面的_exit(0)直接忽略I/O缓冲区，不作任何处理。然而轮到父进程执行时，继续接着往printf的buffer里面写数据(因为父子共用进程空间)直到遇到“\n”，进行处理，所以还是会把之前子进程残留在缓冲区的数据写出来。使用fork时，父子独立的进程空即数据区，子进程执行到_exit()，buffer没有打印出来的字符就放在那里不管了，一点都不负责任exit()就不同了，虽然buffer里面的字符串中没有"\n"，但是他在退出之前还是收拾了这个“烂摊子”。 （注：printf函数把缓冲区中的数据打印出来的条件是遇到"\n"换行符）

三、问题思考

问1.什么情况下会导致vfork出来的进程死锁？

答1.在子进程调用exec或exit之前，子进程的进一步运行要依赖于父进程的一些操作就会导致死锁。