LinuxC高級編程——進程

宗旨：技術的學習是有限的，分享的精神是無限的。

? ? ? ? 每個進程在內核中都有一個進程控制塊（ PCB）來維護進程相關的信息， Linux內核的 進程控制塊是task_struct結構體。PCB包含的信息：

（1）進程id。系統中每個進程有唯一的id，在C語言中用pid_t類型表示，其實就是一個非負整 數。

（2）進程的狀態，有運行、掛起、停止、僵尸等狀態。

（3）進程切換時需要保存和恢復的一些CPU寄存器。 描述虛擬地址空間的信息。

（4）描述控制終端的信息。

（5）當前工作目錄（Current Working Directory） 。
（6）umask掩碼。

（7）文件描述符表，包含很多指向file結構體的指針。

（8）和信號相關的信息。 用戶id和組id。

（9）控制終端、Session和進程組。

（10）進程可以使用的資源上限（Resource Limit）

一、環境變量

? ? ? ? libc中定義的全局變量environ指向環境變量表， environ沒有包含在任何頭文件中，所以在使用時要用extern聲明。

#include<stdio.h>int main(void) {extern char **environ;int i;for(i = 0; environ[i] != NULL; i++){printf("%s\n", environ[i]);}return 0; }<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; background-color: rgb(255, 255, 255);">?</span>

比較重要的環境變量：

PATH：可執行文件的搜索路徑。

SHELL：當前SHELL，通常是/bin/bash。

TERM：當前終端類型。在圖形界面下通常是xterm。

LANG：語言和locale，決定了字符編碼以及時間、貨幣等信息的顯示格式。

HOME：當前用戶主目錄的路徑，很多程序需要在主目錄下保存配置文件，使得每個用戶在運行該程 序時都有自己的一套配置。

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二、fork()系統調用

? ? ? ? fork的作用是根據一個現有的進程復制出一個新 進程，原來的進程稱為父進程（Parent Process） ，新進程稱為子進程（Child Process）。系統中 同時運行著很多進程，這些進程都是從最初只有一個進程開始一個一個復制出來的。在Shell下輸入 命令可以運行一個程序，是因為Shell進程在讀取用戶輸入的命令之后會調用fork復制出一個新 的Shell進程，然后新的Shell進程調用exec執行新的程序。

例如：在Shell提示符下輸入命令ls，首先fork創建子進程，這時父進程仍在執行/bin/bash程序，然后子進程調用exec執行新的程序/bin/ls

除了子進程和父進程的進程ID不同，其他資源一模一樣。

——創建子進程

（1）函數原型：

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

（2）參數——無

（3）返回值

? ? ? ? fork調用失敗則返回-1，返回進程pid，pid大于0：父進程；pid等于0：子進程。執行順序不定，根據內核的調度算法。

? ? ? ? 特點：調用一次，返回兩次。

setfollow-fork-mode child命令設置gdb在fork之后跟蹤子進程（ set follow-fork-mode
parent則是跟蹤父進程），然后用run命令，看到的現象是父進程一直在運行

#include<sys/types.h> #include<unistd.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> 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函數族

? ? ? ? 用fork()創建子進程后執行的是個父進程一樣的程序，子進程往往要調用一種exec函數以執行另一個程序。exec不創建新進程，所以進程id不變。

1、exec函數族詳解

（1）、函數原型

#include<unistd.h> 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）、參數——可變參數

（3）、返回值

? ? ? ?這些函數如果調用成功則加載新的程序從啟動代碼開始執行，不再返回，如果調用出錯則返回-1，所以exec函數只有出錯的返回值而沒有成功的返回值。?

2、記憶這些函數的規則

（1）不帶字母p（表示path）的exec函數第一個參數必須是程序的相對路徑或絕對路徑。

（2）對于帶字母p的函數：如果參數中包含/，則將其視為路徑名。否則視為不帶路徑的程序名，在PATH環境變量的目錄列表中搜索這個程序。

（3）帶有字母l（表示list）的exec函數要求將新程序的每個命令行參數都當作一個參數傳給它，命令行參數的個數是可變的，因此函數原型中有...，...中的最后一個可變參數應該是NULL， 起sentinel的作用。

（4）對于帶有字母v（表示vector）的函數，則應該先構造一個指向各參數的指針數組，然后將該數組的首地址當作參數傳給它，數組中的最后一個指針也應該NULL，就像main函數的argv參數或者環境變量表一樣。

（5）對于以e（表示environment）結尾的exec函數，可以把一份新的環境變量表傳給它，其他exec函數 仍使用當前的環境變量表執行新程序。

只有execve是真正的系統調用，其它五個函數最終都調用execve。通過man可以驗證，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);<span style="font-family: Arial, Helvetica, sans-serif; background-color: rgb(255, 255, 255);">?</span>

四、wait和waitpid函數

? ? ? ? 僵尸（ Zombie）進程：一個進程已經終止，但是它的父進程尚未調用wait或waitpid對它進行清理，這時的進程狀態稱為僵尸進程。

（1）函數原型

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

（2）參數

（3）返回值

? ? ? ? 若調用成功則返回清理掉的子進程id，若調用出錯則返回-1。父進程調用wait或waitpid時可能會： 阻塞（如果它的所有子進程都還在運行）。 帶子進程的終止信息立即返回（如果一個子進程已終止，正等待父進程讀取其終止信息）。 出錯立即返回（如果它沒有任何子進程）。

? ? ? ? 區別：如果父進程的所有子進程都還在運行，調用wait將使父進程阻塞，而調用waitpid時如果 在options參數中指定WNOHANG可以使父進程不阻塞而立即返回0。wait等待第一個終止的子進程，而waitpid可以通過pid參數指定等待哪一個子進程。

? ? ? ? 調用：pid = wait(NULL); // 如果成功，wait會返回被收集的子進程的進程ID，如果調用進程沒有子進程，調用就會失敗，此時wait返回-1，同時errno被置為ECHILD。?

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

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