進(jìn)程的創(chuàng)建是Linux系統(tǒng)編程中的重要概念之一。在本節(jié)中，我們將介紹進(jìn)程的創(chuàng)建、獲取進(jìn)程ID和父進(jìn)程ID、進(jìn)程共享、exec函數(shù)族、wait和waitpid等相關(guān)內(nèi)容。

1. 進(jìn)程的創(chuàng)建

在Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程的創(chuàng)建使用fork()系統(tǒng)調(diào)用。fork()系統(tǒng)調(diào)用會(huì)創(chuàng)建一個(gè)與當(dāng)前進(jìn)程相同的子進(jìn)程，子進(jìn)程會(huì)復(fù)制父進(jìn)程的所有資源，包括代碼、數(shù)據(jù)和文件描述符等。

1.1 函數(shù)原型和返回值

fork()函數(shù)的原型如下：

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

fork()函數(shù) 沒(méi)有任何參數(shù) ，它的返回值是一個(gè)pid_t類型的整數(shù)。具體解釋如下：

• 如果調(diào)用成功，fork()函數(shù)會(huì)在父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的PID（子進(jìn)程ID），在子進(jìn)程中返回0。
• 如果調(diào)用失敗，fork()函數(shù)會(huì)返回-1，并設(shè)置errno來(lái)指示錯(cuò)誤類型。

1.2 函數(shù)示例

代碼示例如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        printf("Failed to fork a new process.\n");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        printf("This is the child process.\n");
    } else {
        printf("This is the parent process.\n");
    }
    return 0;
}

上述代碼中，fork()系統(tǒng)調(diào)用會(huì)返回兩次，分別在父進(jìn)程和子進(jìn)程中返回。通過(guò)判斷返回值，我們可以區(qū)分父進(jìn)程和子進(jìn)程，并執(zhí)行不同的代碼邏輯。

2. 獲取進(jìn)程ID和父進(jìn)程ID

在Linux系統(tǒng)中，可以使用getpid()和getppid()系統(tǒng)調(diào)用來(lái)獲取當(dāng)前進(jìn)程的ID和父進(jìn)程的ID。

2.1 函數(shù)原型和返回值

getpid()和getppid()函數(shù)的原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);

這兩個(gè)函數(shù)都 沒(méi)有任何參數(shù) ，它們的返回值都是一個(gè)pid_t類型的整數(shù)。具體解釋如下：

• getpid()函數(shù)返回調(diào)用進(jìn)程的進(jìn)程ID（PID）。
• getppid()函數(shù)返回調(diào)用進(jìn)程的父進(jìn)程的進(jìn)程ID（PPID）。

2.2 函數(shù)示例

代碼示例如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = getpid();
    pid_t ppid = getppid();
    printf("Process ID: %d\n", pid);
    printf("Parent Process ID: %d\n", ppid);
    return 0;
}

3. exec函數(shù)族

在Linux系統(tǒng)中，exec()函數(shù)族可以用于將當(dāng)前進(jìn)程替換為新的程序。exec()函數(shù)族包括execl()、execv()、execle()、execve()等函數(shù)。這些函數(shù)可以根據(jù)不同的參數(shù)形式來(lái)執(zhí)行不同的替換方式。

3.1 exec()函數(shù)族的常見(jiàn)成員：

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

   • 參數(shù) path 是要執(zhí)行的新程序的路徑。
   • 參數(shù) arg 是一個(gè)字符串，表示新程序的第一個(gè)參數(shù)。
   • 可變參數(shù)列表是新程序的其他參數(shù)，必須以 NULL 結(jié)束。
   • 函數(shù)執(zhí)行成功時(shí)不會(huì)返回，如果返回則表示執(zhí)行失敗。

   ---

2. int execv(const char *path, char *const argv[]);

   • 參數(shù) path 是要執(zhí)行的新程序的路徑。
   • 參數(shù) argv 是一個(gè)字符串?dāng)?shù)組，表示新程序的參數(shù)列表，最后一個(gè)元素必須是 NULL。
   • 函數(shù)執(zhí)行成功時(shí)不會(huì)返回，如果返回則表示執(zhí)行失敗。

   ---

3. int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);

   • 參數(shù) path 是要執(zhí)行的新程序的路徑。
   • 參數(shù) arg 是一個(gè)字符串，表示新程序的第一個(gè)參數(shù)。
   • 可變參數(shù)列表是新程序的其他參數(shù)，必須以 NULL 結(jié)束。
   • 參數(shù) envp 是一個(gè)字符串?dāng)?shù)組，表示新程序的環(huán)境變量列表，最后一個(gè)元素必須是 NULL。
   • 函數(shù)執(zhí)行成功時(shí)不會(huì)返回，如果返回則表示執(zhí)行失敗。

   ---

4. int execvp(const char *file, char *const argv[]);

   • 參數(shù) file 是要執(zhí)行的新程序的文件名。
   • 參數(shù) argv 是一個(gè)字符串?dāng)?shù)組，表示新程序的參數(shù)列表，最后一個(gè)元素必須是 NULL。
   • 函數(shù)執(zhí)行成功時(shí)不會(huì)返回，如果返回則表示執(zhí)行失敗。

   ---

這些函數(shù)在執(zhí)行成功時(shí)不會(huì)返回，而是直接將當(dāng)前進(jìn)程替換為新程序。如果返回，則表示執(zhí)行失敗，可以根據(jù)返回值來(lái)判斷錯(cuò)誤類型。

exec()函數(shù)族可以用于在當(dāng)前進(jìn)程中加載和執(zhí)行新程序，可以實(shí)現(xiàn)程序的動(dòng)態(tài)切換和功能擴(kuò)展。一般情況下，exec()函數(shù)族會(huì)在調(diào)用fork()函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程后使用，以替換子進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)。

3.2 函數(shù)示例

代碼示例如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    printf("Before exec()\n");
    execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);
    printf("After exec()\n");
    return 0;
}

上述代碼中，execl()函數(shù)會(huì)將當(dāng)前進(jìn)程替換為ls -l命令。execl()函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)是要執(zhí)行的程序路徑，后續(xù)參數(shù)是傳遞給新程序的命令行參數(shù)。

4. wait和waitpid

在Linux系統(tǒng)中，父進(jìn)程可以使用wait()或waitpid()系統(tǒng)調(diào)用等待子進(jìn)程的結(jié)束。這些系統(tǒng)調(diào)用會(huì)阻塞父進(jìn)程的執(zhí)行，直到子進(jìn)程結(jié)束。

4.1 函數(shù)解釋

wait()和waitpid()是用于等待子進(jìn)程結(jié)束并獲取子進(jìn)程的退出狀態(tài)的函數(shù)。

1. pid_t wait(int *status);

   • 函數(shù)會(huì)掛起當(dāng)前進(jìn)程，直到一個(gè)子進(jìn)程結(jié)束。
   • 如果成功等到子進(jìn)程結(jié)束，函數(shù)會(huì)返回子進(jìn)程的進(jìn)程ID。
   • 參數(shù) status 是一個(gè)指向整型的指針，用于存儲(chǔ)子進(jìn)程的退出狀態(tài)信息。
   • 如果調(diào)用失敗，函數(shù)會(huì)返回-1。

   ---

2. pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

   • 函數(shù)會(huì)掛起當(dāng)前進(jìn)程，直到指定的子進(jìn)程結(jié)束。
   • 參數(shù) pid 指定要等待的子進(jìn)程的進(jìn)程ID。
   • 參數(shù) status 是一個(gè)指向整型的指針，用于存儲(chǔ)子進(jìn)程的退出狀態(tài)信息。
   • 參數(shù) options 是一個(gè)整型值，用于指定等待的選項(xiàng)。
   • 如果調(diào)用失敗，函數(shù)會(huì)返回-1。

   ---

wait()和waitpid()函數(shù)的返回值是子進(jìn)程的進(jìn)程ID，如果調(diào)用失敗，則返回-1。通過(guò)參數(shù) status 可以獲取子進(jìn)程的退出狀態(tài)信息，包括退出碼、終止信號(hào)等。

waitpid()函數(shù)相比于wait()函數(shù)更加靈活，可以通過(guò)參數(shù) pid 和 options 控制等待的子進(jìn)程。

其中，pid 的取值可以是：

• -1：等待任意子進(jìn)程。
• 0：等待與當(dāng)前進(jìn)程組ID相同的子進(jìn)程。
• 具體的子進(jìn)程ID：等待指定的子進(jìn)程。

options 參數(shù)可以通過(guò)位掩碼的方式指定多個(gè)選項(xiàng)，常用的選項(xiàng)有：

• WNOHANG：非阻塞方式，如果沒(méi)有子進(jìn)程結(jié)束，立即返回。
• WUNTRACED：也會(huì)返回已經(jīng)停止的子進(jìn)程的狀態(tài)。
• WCONTINUED：也會(huì)返回已經(jīng)繼續(xù)運(yùn)行的子進(jìn)程的狀態(tài)。

wait()和waitpid()函數(shù)可以用于處理子進(jìn)程的退出狀態(tài)，釋放子進(jìn)程的資源，并進(jìn)行進(jìn)程間的同步。在使用這兩個(gè)函數(shù)時(shí)，需要注意處理錯(cuò)誤情況和避免僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生。

4.2 函數(shù)示例

代碼示例如下：

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

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        printf("Failed to fork a new process.\n");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        printf("This is the child process.\n");
    } else {
        wait(NULL);
        printf("This is the parent process.\n");
    }
    return 0;
}

上述代碼中，父進(jìn)程使用wait(NULL)系統(tǒng)調(diào)用等待子進(jìn)程的結(jié)束。wait()系統(tǒng)調(diào)用會(huì)阻塞父進(jìn)程的執(zhí)行，直到子進(jìn)程結(jié)束。

總結(jié)

1. fork()函數(shù)：用于創(chuàng)建子進(jìn)程，返回值不同表示在不同的進(jìn)程中執(zhí)行。
2. exec()函數(shù)族：用于在當(dāng)前進(jìn)程中加載和執(zhí)行新程序，可以實(shí)現(xiàn)程序的動(dòng)態(tài)切換和功能擴(kuò)展。
   • execl()：接受可變參數(shù)的形式，參數(shù)以字符串形式傳遞。
   • execle()：接受可變參數(shù)的形式，同時(shí)傳遞環(huán)境變量。
   • execvp()：接受參數(shù)數(shù)組的形式，參數(shù)以字符串?dāng)?shù)組形式傳遞。
3. wait()和waitpid()函數(shù)：用于等待子進(jìn)程結(jié)束并獲取子進(jìn)程的退出狀態(tài)。
   • wait()：等待任意子進(jìn)程結(jié)束。
   • waitpid()：可以指定等待的子進(jìn)程。
   • 通過(guò)參數(shù) status 可以獲取子進(jìn)程的退出狀態(tài)信息。
   • 可以通過(guò) options 參數(shù)控制等待的選項(xiàng)，如非阻塞方式等。
   • 需要注意處理錯(cuò)誤情況和避免僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生。

這些函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用可以用于進(jìn)程的創(chuàng)建、執(zhí)行和等待，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和協(xié)作。通過(guò)這些函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的動(dòng)態(tài)切換、功能擴(kuò)展和資源釋放。同時(shí)，需要注意處理錯(cuò)誤情況，避免產(chǎn)生僵尸進(jìn)程和資源泄漏的問(wèn)題。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-654743.html

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