本文详细介绍了进程管理中的核心概念，包括fork、exec、wait和waitpid等函数的使用方法及其区别，探讨了进程间的资源共享和竞争条件等问题。
相关函数列表
//下列函数返回一个进程的标识符
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);
uid_t getuid(void);
uid_t geteuid(void);
gid_t getgid(void);
gid_t getegid(void);
//创建新进程
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
pid_t vfork(void);
//当一个进程正常或异常终止时，内核就向其父进程发送SIGCHLD信号，wait或waitpid的进程会
//1.如果其所有子进程都还在运行则阻塞
//2.如果一个子进程已停止，正等待父进程获取其终止状态，则取得该子进程的终止状态立即返回
//3.如果它没有任何子进程，则立即出错返回
//两个函数的区别
//1.在一个子进程终止前，wait使其调用者阻塞，而waitpid有一选项，可使调用者不阻塞
//2.waitpid并不等待在其调用之后的第一个终止子进程，它有若干个选项，可以控制它所等待的进程
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *statloc);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *statloc, int options);
//Single UNIX Specification包括了另一个取得进程终止状态的函数--waitid，此函数类似于waitpid
#include <sys/wait.h>
int waitid(idtype_t idtype, id_t id, siginfo_t *infop, int options);
//大多数UNIX系统实现提供了另外两个函数，这两个函数是从UNIX系统BSD分支延袭下来的
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>
pid_t wait3(int *statloc, int options, struct rusage *rusage);
pid_t wait4(pid_t pid, int *statloc, int options, struct rusage *rusage)
//fork函数创建新进程，用exec可以初始执行新的程序，exit函数和wait函数处理终止和等待终止
//函数exec系列，一共有7个，这些函数的区别
//1.前4个函数是用路径做参数，后两个用文件名，最后一个用文件描述符
//2.与参数传递有关，(l表示list，v表示矢量vector)，函数execl，execlp和execle要求将新程序的
// 每个命令参数都说明一个单独的参数。另外四个函数(execv，execvp，execve，fexecve)则应先
// 构造一个指向各参数的指针数组，然后将数组作为参数
//3.与新程序传递环境表相关，以e结尾的三个函数(execle，execve和fexecve)可以传递一个指向环境
// 字符串指针数组。其他4个函数则使用调用进程中的environ变量为新程序复制现有的环境
#include <unistd.h>
int execl(const char *pathname, const char *arg0, ... /* (char *)0 */);
int execv(const char *pathname, char *const argv[]);
int execle(const char *pathname, const char *arg0, ... /* (char *)0, char*const envp[] */);
int execve(const char *pathname, char *const argv[], char *const envp[];
int execlp(const char *filename, const char *arg0, ... /* (char *)0 */);
int execvp(const char *filename, char *const argv[]);
int fexecve(int fd, char *const argv[], char *const envp[]);
//设置实际用户ID和有效用户ID
#include <unistd.h>
int setuid(uid_t uid);
int setgid(gid_t gid);
//历史上BSD支持下列函数，其功能是交换实际用户ID和有效用户ID的值
#include <unistd.h>
int setreuid(uid_t ruid, uid_t euid);
int setregid(gid_t rgid, gid_t egid);
//POIX.1包含的两个函数类似于setuid和setgid，但只更改有效用户ID和有效组ID
#include <unistd.h>
int seteuid(uid_t uid);
int setegid(gid_t gid);
//下面函数用来在程序中执行一个命令字符串，因为system实际调用了fork，exec和waitpid，因此有
//三种返回值
//1.for失败或者waitpid返回除EINTR之外的出错，则system返回-1，并且设置errno以指示错误类型
//2.如果exec失败(表示不能执行shell)，则其返回值如同shell执行了exit(127)一样
//3.柔则所有3个函数(fork，exec和waitpd)都成功，那么system的返回值是shell的终止状态
#include <stdlib.h>
int system(const char *cmdstring);
//进程会计，每个系统实现不同，但是基本结构如下
#include <sys/acct.h>
typedef u_short comp_t;
struct acct {
char ac_flag; //flag
char ac_stat; //termination status
uid_t ac_uid; //real user ID
gid_t ac_gid; //read group ID
dev_t ac_tty; //controlling terminal
time_t ac_btime; //starting calendar time
comp_t ac_utime; //user CPU time
comp_t ac_stime; //system CPU time
comp_t ac_etime; //elapsed time
comp_t ac_mem; //average memory usage
comp_t ac_io; //bytes transferred(read and write)
comp_t ac_rw; //blocks on BSD system
char ac_comm[8]; //command name
};
//一个用户可能有多个登陆名，系统会记录用户登陆时的名字，下面函数可以获取
#include <unistd.h>
char *getlogin(void);
//可以用nic函数获取和更改它的nic值，这个函数只能影响到自己的nice值，不能影响任何其他进程的
//nice值
#include <unistd.h>
int nice(int incr);
//下面函数可以像nice一样获得进程的nice值，而且还可以获得一组相关进程的nice值
//which值可以取以下三个值之一:
//1.PRIO_PROCESS表示进程
//2.PRIO_PGRP表示进程组
//3.PRIO_USER表示用户ID
#include <sys/resource.h>
int getpriority(int which, id_t who);
//下面函数可用于为进程，进程组和属于特定用户ID的所有进程设置优先级
#include <sys/resource.h>
int setpriority(int which, id_t who, int value);
//任何一个进程都可以调用下面函数获得它自己的系统CPU时间，用户CPU时间，以及子进程的系统CPU
//时间，子进程的用户CPU时间
#include <sys/times.h>
clock_t times(struct tms *buf);
//tms结构体如下
struct tms {
clock_t tms_utimes; //user cpu time
clock_t tms_stime; //system cpu time
clock_t tms_cutime; //user cpu time,terminated children
clock_t tms_cstime; //system cpu time,terminated children
};
fork函数
其创建新进程为子进程，fork函数被调用一次，但是返回两次。
子进程返回的是0
父进程返回的是子进程的进程ID
子进程和父进程继续执行fork之后的指令，子进程是父进程的副本，列如子进程获得父进程数据空间，堆和栈
的副本(注意是子进程所拥有的副本)。父进程和子进程并不共享这些存储空间部分，父进程和子进程共享正文段。
返回子进程ID的原因是一个进程可以有多个子进程，但是没有函数可以获得所有子进程的ID，而父进程只有一个可以通过函数getppid()获得
fork之后是父进程先执行还是子进程先执行是不确定的，取决于操作系统的调度，如果要求父进程和子进程之间相互同步，则要求某种形式的进程间通信。
父进程和子进程共享相同的文件描述符
fork之后父进程和子进程之间对打开文件的共享
在fork之后处理文件描述符有以下两种情况
1)父进程等待子进程完成，在这种情况下，父进程无需对其描述符做任何处理。当子进程终止后，它曾进行过读，写操作的任一共享描述符的文件偏移量已做了相应的更新
2)父进程和子进程各自执行不同的程序段，这种情况下，在fork之后，父进程和子进程各自关闭他们不需要使用的文件描述符，这样就不会干扰对方使用的文件描述符，这种方法是网络服务器进程经常使用的
fork有以下两种用法
1)一个父进程希望复制自己，使父进程和子进程同时执行不同的代码段，这在网络服务进程中是常见的--父进程等待客户度端的服务请求，当请求到来时父进程调用fork使子进程处理此请求，父进程继续等待下一个请求
2)一个进程要执行一个不同的程序，这对shell是常见的，在这种情况下，子进程从fork返回后立即调用exec
fork和vfork的区别
1)子进程并不将父进程的地址空间完全复制到子进程中，因为子进程会立即调用exec，这种优提高了效率
2)vfork保证子进程优先运行，在它调用exec或exit之后父进程才可能被调度运行，当子进程调用这两个函数中的任意一个时，父进程会恢复运行。
进程有5种正常终止及3种异常终止方式
1)在main函数内执行return语句
2)调用exit函数
3)调用_exit或_Exit函数
4)进程的最后一个线程在其启动例程中执行return语句
5)进程的最后一个线程调用pthread_exit函数
3种异常终止具体如下
1)调用abort，产生SIGABRT信号，这是下一种异常终止的一种特列
2)当进程接收到某些信号时，信号可由进程自身(如调用abort函数)，其他进程或内核产生
3)最后一个线程对"取消"(cancellation)请求作出响应
所有子进程退出后，将终止状态返回给父进程，如果父进程已经退出，则将父进程改为init进程
一个已经终止，但是其父进程尚未对其进行善后处理(获取终止子进程的有关信息，释放他仍占用的资源)的
进程被称为 僵死进程(zombie)
检查wait和waitpid锁返回的终止状态的宏
| 宏 | 说明 |
| WIFEXITED(status) | 若为正常终止子进程返回的状态，则为真。对于这种情况可执行WEXITSTATUS( status)，获取子进程传给exit或_exit参数的低8位 |
| WIFSIGNALED(status) | 若为异常终止进程返回的状态，则为真(接到一个不捕捉的信号)，对于这种情况， 可执行WTERMSIG(status)，获取使子进程终止的信号编号。另外，有些实现 (非Single UNIX Specification)定义宏WCOREDUMP(status)，若已产生终止进程 的core文件，则它返回真 |
| WIFSTOPPED(status) | 若为当前暂停子进程的返回的状态，则为真。对于这种情况，可执行 WSTOPSIG(status)，获取使子进程暂停的信号编号 |
| WIFCONTINUED(status) | 若在作业控制暂停后已继续的子进程返回了状态，则为真(POSIX.1的XSI扩展， 仅用于waitpid) |
waitpid的options常量
| 常量 | 说明 |
| WCONTINUED | 若是先支持作业控制，那么由id指定的任一子进程在停止后已经继续，但其状态尚未 报告，则返回其状态(POSIX.1的XSI扩展) |
| WNOHANG | 若由pid指定的子进程并不是立即可用的，则waitpid不阻塞，此时其返回值为0 |
| WUNTRACED | 若某是先支持作业控制，而由pid指定的任一子进程已处于停止状态，并且其状态自 停止以来还未报告过，则返回其状态。WIFSTOPPED宏确定返回值是否对应用与一个 停止的子进程 |
竞争条件
当多个进程都企图对共享数据进行某种处理，而最后的结果又取决于进程运行的顺序时，我们认为发生了
竞争条件(race condition)
7个exec函数之间的关系
| 函数 | pathname | filename | fd | 参数表 | argv[] | environ | envp[] |
| execl | 是 | 是 | 是 | ||||
| execlp | 是 | 是 | 是 | ||||
| execle | 是 | 是 | |||||
| execv | 是 | 是 | 是 | ||||
| execvp | 是 | 是 | 是 | ||||
| execve | 是 | 是 | |||||
| fexecve | 是 | 是 | 是 | ||||
| 名字中的字母 | p | f | l | v | e |
解释器文件
现在所有的UNIX系统都支持解释器文件(interpreter file)，它是文本文件
//形式是 #! pathname [optional-argument] //比如 #! /bin/sh
pathname通常是绝对路径名，对它不进行什么特殊的处理(不适用PATH进行路径搜索)对这种文件的识别是由
内核作为exec系统调用处理的一部分来完成的。内核调用exec函数的进程世纪之星的并不是该解释器文件，而
是在该解释器文件第一行中 pathname所指定的文件。一定要将解释器文件(文本文件，它以 #! 开头)和解释器
(由该解释器我呢间第一行中的pathname指定)区分开来
比如一段程序调用一个解释器
cat /home/sar/bin/testinterp #! /home/sar/bin/echoarg foo //这里echoarg是一段程序，echoarg又exec了testinterp并传入了一些参数 //执行结果 //第一个打印的是解释器的pathname，然后是参数 //接着是解释器执行后调用的命令和命令参数 ./a.out argv[0]: /home/sar/bin/echoarg argv[1]: foo argv[2]: /home/sar/bin/testinterp argv[3]: myarg1 argv[4]: MY ARG2
进程会计
大多数UNIX系统提供了一个选项以进程会计(process accounting)处理。启动该选项后，每当进程结束时内核
就会写一个会计记录。典型的会计记录包含总量较小的二进制数据，一般包括命令名，所使用的CPU时间
总量，用户ID和组ID，启动时间等
函数acct启动和禁用进程会计，唯一使用这个函数的命是accton。root执行一个带路径名参数的通常是
/var/account/acct。 在linux中该文件是/var/account/pacct
会计记录结果定义在<sys/acct.h>中
进程会计，结构体，会计记录所需的各个数据 (CPU时间，传递的字符数等)都由内核保存在进程表中，并在一个新进程被创建时初始化(如在fork之后在子进程中)。进程终止时写一个会计记录
1.我们不能获取永不终止的进程会计记录，如init进程
2.会计文件记录的顺序对应于进程终止的顺序，而不是他们的启动顺序，为了确定启动顺序需要读全部的会计文件，并按照启动日历时间排序，但这样并不能保证完全精确
会计记录中的ac_flag值
| ac_flag | 说明 |
| AFORK | 进程是由fork产生的，但从未调用exec |
| ASU | 进程使用超级用户特权 |
| ACCORE | 进程转存core |
| AXSIG | 进程由一个信号杀死 |
| AEXPND | 扩展的会计条目 |
| ANVER | 新格式记录 |
参考
扫一扫
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
