进程-线程-练习：线程：5的平方和立方分开计算；子进程：ls指令执行

逻辑书写

请写下你的逻辑，与参考逻辑对比，如有缺失，可细看本文

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完整代码示例

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

// 线程函数：计算平方
void *square(void *arg) {
    int n = *(int *)arg;
    printf("线程1: %d的平方是%d\n", n, n * n);
    return NULL;
}

// 线程函数：计算立方
void *cube(void *arg) {
    int n = *(int *)arg;
    printf("线程2: %d的立方是%d\n", n, n * n * n);
    return NULL;
}

int main() {
    pid_t pid = fork();

    if (pid == -1) {
        perror("fork失败");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else if (pid == 0) {  // 子进程
        printf("子进程启动，执行命令：ls -l\n");
        execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);  // 通过execl执行命令
        perror("execl失败");                 // 若execl执行失败才会执行到这里
        exit(EXIT_FAILURE);
    } else {               // 父进程
        printf("父进程创建子进程，子进程PID=%d\n", pid);

        // 创建两个线程
        pthread_t t1, t2;
        int num = 5;  // 传递给线程的参数

        pthread_create(&t1, NULL, square, &num);
        pthread_create(&t2, NULL, cube, &num);

        // 等待线程结束
        pthread_join(t1, NULL);
        pthread_join(t2, NULL);

        // 等待子进程结束
        waitpid(pid, NULL, 0);
        printf("父进程结束\n");
    }

    return 0;
}

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代码解析

1. 进程创建（fork）：

   • fork() 创建子进程。父进程获取子进程的 PID，子进程的 pid 为 0。
   • 子进程调用 execl 执行 /bin/ls -l 命令，替换自身代码为 ls 的代码。
   • 如果 execl 失败，子进程会打印错误并退出。

2. 线程操作（pthread）：

   • 父进程创建两个线程 t1 和 t2，分别执行 square 和 cube 函数。
   • 线程函数通过指针接收参数（这里是整数 num = 5）。
   • pthread_join 确保父进程等待线程结束再继续。

3. 进程同步（waitpid）：

   • 父进程调用 waitpid 等待子进程结束，避免僵尸进程。

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知识回顾

waitpid

回顾之前对fork讲解过程中，涉及到的PCB（近程控制块）。在这里再次补充并巩固，PCB中包含了该进程的各种状态信息，如是否正在运行、是否已结束、退出状态等。
在本次训练中 waitpid便是利用这些状态，完成等待判断！

execl

关于execl，我并没有找到很好的资料解读，因此我想通过本次训练来阐述execl的具体用法。
execl 函数是 UNIX 和类 UNIX 操作系统中用于执行一个新程序的系统调用。当你调用 execl 时，当前进程的镜像（即代码、数据和堆栈等）会被新程序的镜像所替换，但进程 ID（PID）保持不变。这意味着，从外部看，这个进程似乎运行了一个新的程序，但实际上它只是被新的程序覆盖了。
下面是 execl 函数的一个基本解释，特别是针对代码 execl(“/bin/ls”, “ls”, “-l”, NULL);：
函数原型

int execl(const char *path, const char *arg, ..., (char *) NULL);

参数解释
path：要执行的程序的路径。在这个例子中，它是 “/bin/ls”，即列出目录内容的 ls 命令的绝对路径。
arg：传递给新程序的命令行参数。第一个参数 arg 通常是程序的名称（在这个例子中为 “ls”），它会被存储在新程序的 argv[0] 中。随后的参数是传递给程序的其他命令行参数（在这个例子中为 “-l”），最后一个参数必须是 (char *) NULL，用来标记参数列表的结束。
代码解释
execl(“/bin/ls”, “ls”, “-l”, NULL); 这行代码的作用是：

• 替换当前进程的镜像为 “/bin/ls” 程序。
• 将 “ls” 作为新程序的 argv[0]，将 “-l” 作为 argv[1] 传递给新程序。
• NULL 标记了参数列表的结束。
  当这行代码执行时，如果 execl 调用成功，那么当前进程将被 ls 程序替换，并且 ls 程序将以 -l 选项（长格式列出目录内容）运行。由于进程镜像被替换，因此当前进程中的后续代码将不会被执行。

如果 execl 调用失败，它将返回 -1，并且 errno 将被设置为一个错误码，指示失败的原因。但是，在大多数情况下，如果 execl 调用失败，程序将立即终止，因为当前进程的镜像已经被部分或全部销毁，而且通常没有后续的代码来检查 execl 的返回值或处理错误。

需要注意的是，由于 execl 会替换当前进程的镜像，因此它通常用于创建新进程后立即执行新程序的场景（例如，在 fork 调用之后）。

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运行结果

父进程创建子进程，子进程PID=12345
子进程启动，执行命令：ls -l
总用量 8
-rwxr-xr-x 1 user group 8760 May 10 10:00 demo
-rw-r--r-- 1 user group  678 May 10 10:00 demo.c

线程1: 5的平方是25
线程2: 5的立方是125
父进程结束

1. 子进程调用 ls -l 列出当前目录内容。
2. 父进程的两个线程分别计算平方和立方。
3. 所有线程和子进程结束后，父进程退出。

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关键点总结

• fork()：创建子进程，父子进程并行执行不同代码。
• exec 族函数：子进程通过 execl 加载外部命令，替换原有程序。
• pthread：父进程通过多线程并行处理任务，共享进程资源（如变量 num）。
• 同步机制：waitpid 和 pthread_join 确保进程和线程按顺序结束。

通过这个案例，你可以清晰看到进程、线程和外部命令执行的协作模式。
进程之间的代码执行顺序并不是固定的。

参考逻辑

父进程通过 fork 创建 子进程。
子进程调用 execl 执行外部命令（如 ls -l）。
父进程创建 两个线程，分别计算数值的平方和立方。
父进程等待子进程和所有线程结束。