【UNIX】进程创建与进程控制相关系统调用函数

Introduction一、创建进程二、控制进程

　　本文主要讨论在UNIX系统如何通过一系列系统调用函数创建与控制进程，创建进程时用到的系统调用函数主要有：fork()、exec()、wait()等，控制进程用到的系统调用函数主要有：kill()等。下面结合代码详细介绍上述系统调用函数功能。

　　fork()可用于创建一个新的进程，更确切的说，它主要是用于在父进程中创建一个子进程，当调用此函数时，操作系统会为子进程分配其自己的地址空间、寄存器、PC等，子进程运行的代码是父进程代码的复制，但是执行不是从main函数开始，而是从fork()被调用的那行代码开始。fork()的返回值在父进程和子进程中也不一样，父进程中fork()的返回值为子进程的PID，而子进程中fork()的返回值为0.
　　当调用fork()函数时，因为CPU调度器的复杂性，父进程和子进程的执行顺序其实是不确定的，此时可以使用wait()函数来控制两个进程的执行，使其执行顺序由不确定变为确定。调用wait()函数可以使执行延迟，直到子进程完成执行。
　　除此之外，上面有提到fork()创建的子进程执行的代码是父进程的复制，如果要运行另一个程序可以调用exec()函数，当进程调用exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的main函数开始执行。调用exec并不创建新进程，所以调用exec前后该进程的id并未改变。使用上述fork()、wait()、exec()函数创建进程的实例代码如下所示：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char *argv[]){
    printf("Hello world! (pid: %d)n",(int) getpid());
    int rc = fork();
    if (rc<0) {
        printf("fork failed!");
    } else if (rc==0){
        printf("I'm child! (pid: %d)n",(int) getpid());
        char *myargs[4];
        myargs[0] = strdup("./add_test");
        myargs[1] = strdup("1");
        myargs[2] = strdup("2");
        myargs[3] = NULL;
        execvp(myargs[0],myargs);
        printf("this shouldn't print out.n");

    } else {
        int rc_wait = wait(NULL);
        printf("I'm father of %d (pid: %d)n",rc,(int) getpid());
    }
}

　　上述代码首先调用fork()创建子进程，在父进程分支中调用wait()控制执行顺序，等待子进程执行完后再执行父进程分支内容，子进程中调用了execvp()来执行另一个程序内容，execvp()是exec()函数的其中一个变种，详细解释可见exec函数族。上述子进程执行的程序add_test实现的功能为将终端输入的两个数相加并将结果打印出来，具体代码为：

#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char *argv[]){
    int a,b,c;
    a = atoi(argv[1]);
    b = atoi(argv[2]);
    c = a+b;
    printf("the add result is: %d+%d=%dn",a,b,c);
    return 0;
}

　　将进程的创建分离为fork()和exec()函数，可以在fork()和exec()之间执行一些代码，这些代码可以改变即将运行的程序环境，从而可以轻松构建各种有趣的功能。shell主要就是调用fork、exec()和wait()实现它的功能；当你在shell里敲下命令的那一刻，shell首先在文件系统中搜索可执行文件的位置，调用fork()函数创建子进程，然后调用exec()函数的变种执行命令，同时调用wait()等待子进程完成运行，当子进程结束运行，shell返回打印prompt等待下一个命令。

　　在大多数UNIX shell中，不同的按键组合被设置成会向当前正在运行的进程传递特定的信号，比如说control-c发送SIGINT信号，control-z发送SIGTSTP信号。这个功能由信号子系统实现，信号子系统提供了丰富的基础设施向进程传递额外的事件，包括用单独的进程来接收和处理这些信号，以及发送信号给特定进程或者整个进程组的方式。对于进程来说，会使用signal()系统调用函数去捕获各种信号，这可以保证当给某个进程传递特定信号时，它会停止执行并运行一些特定的代码以响应这个信号。除此之外，还有专门的系统调用函数可以用来终止程序的运行：kill()。

　　虽然fork()函数十分常用，但这也不意味着它没有问题，还有一个也可用于创建进程的函数是spawn()，使用时可以对比一下哪一个更为适用