Sandbox中的进程/线程相关-2

2021SC@SDUSC

文章目录

• 进程/线程相关
• • execXX 函数组
  • • execve
    • sleep
  • wait 函数组
  • • wait
    • waitpid
    • wait3/wait4
    • 如何使用int* status
    • WIFEXITED(int status)
    • WEXITSTATUS(status)
    • WIFSIGNALED(status)

进程/线程相关 execXX 函数组

exec函数族提供了一个在进程中启动另一个程序执行的方法。它可以根据指定的文件名或目录名找到可执行文件，
并用它来取代原调用进程的数据段、代码段和堆栈段，在执行完之后，原调用进程的内容除了进程号外，其他全部被新的进程替换了。
另外，这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是Linux下任何可执行的脚本文件。

exec函数一共有六个，其中execve为内核级系统调用，
其他（execl，execle，execlp，execv，execvp）都是调用execve的库函数。
不同之处在于如何找到程序、如何指定参数以及环境来自何处。

• 名称中带有 v 的调用，用带有一个数组参数来指定argv[]新程序的数组。数组的最后一个元素为 NULL。

• 名称中带有 l 的调用，将新程序的参数作为函数本身的可变长度参数列表。参数的结尾为参数指针(char *)NULL。
  你应该始终进行类型转换，因为NULL实际是整数常量，并且调用可变参数函数时的默认参数转换不会将其转换为指针。

• 名称中带有 e 的调用，需要一个额外的参数（或l情况下的参数）来提供新程序的环境；否则，程序将继承当前进程的环境。

execve

• 头文件:

#include

• 函数说明:
  pthread_create是类Unix操作系统（Unix、Linux、Mac OS X等）的创建线程的函数。
  它的功能是创建线程（实际上就是确定调用该线程函数的入口点），在线程创建以后，就开始运行相关的线程函数。

• 函数定义:

int execve(const char *pathname, char *const argv[], char *const envp[]);

• 返回值:
  如果执行成功则函数不会返回(后面的代码也并不会执行了)，执行失败则直接返回-1，失败原因存于errno 中。

• 示例代码:

#include

int main() {
    char *argv[] = {"ls", "-el", NULL};
    char *envp[] = {"PATH=/bin", 0};
    execve("/bin/ls", argv, envp);
}

参考链接:

1. execve(2) — Linux manual page
2. What is the difference between the functions of the exec family of system calls like exec and execve?

sleep

• 头文件:

#include 

• 函数说明:
  sleep()会令目前的进程暂停, 直到达到参数seconds 所指定的时间, 或是被信号所中断.

• 函数定义

unsigned int sleep(unsigned int seconds);

• 返回值
  若进程暂停到参数seconds 所指定的时间则返回0, 若有信号中断则返回剩余秒数.

wait 函数组

进程调用 exit() 退出执行后，被设置为僵死状态。
这时父进程可以通过 wait4() 系统调用查询子进程是否终结，之后再进行最后的操作，彻底删除进程所占用的内存资源。
wait4() 系统调用由 linux 内核实现。
linux 系统通常提供了 wait()、waitpid()、wait3()、wait4() 这四个函数，
四个函数的参数不同，语义也有细微的差别，但是都返回关于终止进程的状态信息。

wait

• 头文件:

#include         // 提供类型 pid_t 的定义
#include 

• 函数说明:
  当进程调用 wait() 时，会暂停目前进程的执行（即阻塞），由 wait() 来自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出，
  如果找到了这样一个已经变成僵尸进程的子进程，wait 就会收集这个子进程的信息，并将其彻底销毁后返回；
  如果没有找到这样一个子进程，wait 就会一直阻塞在这里，直到出现僵尸进程。

• 函数定义

pid_t wait(int *status);

参数 status 保存着子进程退出时的一些状态（包括 task_struct、thread_info及内核栈等）它是一个指向 int 类型的指针；
如果不在意子进程的结束状态值，只想把这个僵尸进程消灭掉（实际上，大多数时候都是这样做的），则可以将这个参数设为 NULL。

关于 status参数比较复杂，可以参考这里
传送门

• 返回值
  如果 wait() 调用成功，则会返回被收集子进程的进程ID；如果被调用进程没有子进程，则调用失败，返回 -1

waitpid

• 函数原型：

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

waitpid() 函数的功能与 wait() 的功能类似，不过，它比 wait() 函数多了两个参数：

• 1）参数 pid 为欲等待的子进程的识别码：
  pid < -1 ：等待进程组 ID 为 pid 绝对值的进程组中的任何子进程；
  pid = -1 ：等待任何子进程，此时 waitpid() 相当于 wait()。实际上，wait()就是 pid = -1、options = 0 的waitpid()， 且有：
  pid = 0 ：等待进程组 ID 与当前进程相同的任何子进程（也就是等待同一个进程组中的任何子进程）；
  pid > 0 ：等待任何子进程 ID 为 pid 的子进程，只要指定的子进程还没有结束，waitpid() 就会一直等下去。

• 2）参数 options 提供一些额外的选项来控制 waitpid()：
  WNOHANG：如果没有任何已经结束了的子进程，则马上返回，不等待；
  WUNTRACED：如果子进程进入暂停执行的情况，则马上返回，但结束状态不予理会；
  也可以将这两个选项组合起来使用，使用 OR 操作。如果不想使用这两个选项，也可以直接把 options 设为 0

• 3）waitpid() 的返回值，有三种：
  a）正常返回时，waitpid() 返回收集到的子进程的PID；
  b）如果设置了 WNOHANG，而调用 waitpid() 时，没有发现已退出的子进程可收集，则返回0；
  c）如果调用出错，则返回 -1，这时erron 会被设置为相应的值以指示错误所在。（当 pid 所指示的子进程不错在，或此进程存在，但不是调用进程的子进程， waitpid() 就会返回出错，这时 erron 被设置为 ECHILD）

wait3/wait4

函数原型

#include 
#include 

pid_t wait3(int *status,int options,struct rusage *rusage);
pid_t wait4(pid_t pid,int *status,int options,struct rusage *rusage);

wait3() 和 wait4() 函数除了可以获得子进程状态信息外，还可以获得子进程的资源使用信息，这些信息是通过参数 rusage 得到的。
而 wait3() 与 wait4() 之间的区别是，wait3() 等待所有进程，而 wait4() 可以根据 pid 的值选择要等待的子进程。
参数 pid 的意义与 waitpid() 函数的一样。

其中，需要注意的是，参数rusage所指向的结构中返回终止子进程的资源使用情况。其中包括进程使用的CPU时间总量以及内存管理的统计数据。
如下，为它的结构定义：

struct rusage {
    struct timeval ru_utime; 
    struct timeval ru_stime; 
    long   ru_maxrss;        
    long   ru_ixrss;         
    long   ru_idrss;         
    long   ru_isrss;         
    long   ru_minflt;        
    long   ru_majflt;        
    long   ru_nswap;         
    long   ru_inblock;       
    long   ru_oublock;       
    long   ru_msgsnd;        
    long   ru_msgrcv;        
    long   ru_nsignals;      
    long   ru_nvcsw;         
    long   ru_nivcsw;        
};

其中比较重要的三项：

1. timeval ru_utime; 用户态CPU使用时间
2. timeval ru_stime; 内核态CPU使用时间
3. ru_maxrss; 最大驻留集

还可以shell中使用

man getrusage

如何使用int* status

如果参数status的值不是NULL，wait就会把子进程退出时的状态取出并存入其中，这指向整数值（int），
指出了子进程是正常退出还是被非正常结束的，以及正常结束时的返回值，或被哪一个信号结束的等信息。
由于这些信息被存放在一个整数的不同二进制位中，所以用常规的方法读取会非常麻烦，
于是就设计了一套专门的宏来完成这项工作，下面介绍一下其中最常用的几个。

请注意，下面的宏中的 status 虽然名字一样，这里的参数status并不同于wait中的参数
一个是指向整数的指针，而是那个指针所指向的整数，切记不要搞混。

WIFEXITED(int status)

这个宏用来指出进程是否为正常退出的，如果是，它会返回一个非零值。

WEXITSTATUS(status)

当WIFEXITED返回非零值时，可以用这个宏来提取子进程的返回值。
如果子进程调用exit(5)退出，WEXITSTATUS(status) 就会返回5；如果子进程调用exit(7)，WEXITSTATUS(status)就会返回7。
请注意，如果进程不是正常退出的，也就是 说，WIFEXITED返回0，这个值就毫无意义。

所以二者往往这样配合使用：

//正常退出判断
if(WIFEXITED(status)){
    printf("child exit with %dn", WEXITSTATUS(status));
}

WIFSIGNALED(status)

这个宏来指出进程是否遇到未处理的信号而意外退出，如果是，返回非零0.

当 WIFSIGNALED 返回非零值时，此时可通过WTERMSIG(status)获取使得进程退出的信号编号

所以二者可以这样配合使用

//因为某种信号中断获取状态
if(WIFSIGNALED(status)){
    printf("child killed by %dn", WTERMSIG(status));
}

• 参考链接
  wait4(2) — Linux manual page