系统级程序设计基础（3）--Linux编程基础 ：进程管理2

1，完善进程管理，结束上节课的内容
2，引出进程同步
3，提到了部分进程间的管道通信。

当父进程通过fork()创建了一个子进程，由于子进程是讲父进程的程序完完全全的复制过来的，当我们需要在子进程中执行一些指令那么父进程必须先设置，所以为了解决这个问题引入一个函数exec家族的函数。

int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]);
int execv(const char *path, char * const argv[]);
int execvp(const char *file, char * const argv[]);
int execve(const char *path, char * const argv[], char * const envp[]);

• execl类：函数将以列举的形式传入参数，由于参数列表的长度不定，所以要用哨兵NULL表示列举结束；
• execv类：函数将以参数向量表传递参数，char * argv[]的形式传递文件执行时使用的参数，数组中最后一个参数为NULL；

当参数是path时，传入的为命令的路径名；当参数是file，传入的可执行文件名。

#include 
#include 
#include 
int main(){
    pid_t tempPid;
    tempPid=fork();
    if(tempPid == -1){   
        perror("fork error");
        exit(1);
    } else if(tempPid > 0) {   
        printf("parent process:pid=%dn", getpid());
    } else {   
        printf("child process:pid=%dn", getpid());
        //execl("/bin/ls","-a","-l","./",NULL);	//①
        //execlp("ls","-a","-l","./",NULL);	//②
        char *arg[]={"-a","-l","./", NULL};	//③
        execvp("ls", arg);
        perror("error execn");
        printf("child process:pid=%dn", getpid());
    } //of if  
    return 0;
} //of main

void exit(int status);

参数status即状态，为0时正常退出，其它值为异常退出，在exit封装内部有一个核心函数，_exit()

• _exit：系统会无条件停止操作，终止进程并清除进程所用内存空间及进程在内核中的各种数据结构
• exit：对_exit进行了包装，在调用_exit()之前先检查文件的打开情况，将缓冲区中的内容写回文件。相对来说exit比_exit更为安全
  简单来说就是)_exit（）更接近底层，但exit（）更安全

• 孤儿进程：父进程负责回收子进程，如果父进程在子进程退出之前退出，子进程就会变成孤儿进程，此时init进程将代替父进程完成子进程的回收工作；

• 僵尸进程：调用exit函数后，该进程不会马上消失，而是留下一个称为僵尸进程的数据结构。它几乎放弃进程退出前占用的所有内存，既没有可执行代码也不能被调度，只是在进程列表中保留一个位置，记载进程的退出状态等信息供父进程回收。若父进程没有回收子进程的代码，子进程将会一直处于僵尸态。

总结：孤儿进程等待init回收，程序结束退出但没有被回收则为僵尸进程，我的理解为当孤儿进程结束了但没有被init回收，那么它也算是一个僵尸进程，至于僵尸进程的危害，上篇也讲了。

进程同步：在多道程序环境下，进程是并发执行的，不同进程之间存在着不同的相互制约关系。
重点：进程之间存在着相互制约关系，父进程和子进程之间得关系可能导致孤儿进程和僵尸进程。
这时我们就要用到wati()函数

pid_t wait(int *status);

功能：挂起进程，进程进入阻塞状态，直到子进程变为僵尸态，如果捕获到子进程的退出信息就会转为运行态，然后回收子进程资源并返回；若没有变为僵尸态的子进程，wait函数就会让进程一直阻塞。若当前进程有多个子进程，只要捕获到一个变为僵尸态的子进程，wait函数就会恢复执行态。

返回值：

• 成功：返回子进程的进程id
• 失败：返回-1，errno被设置为ECHILD。

#include 
#include 
#include 
#include 
int main(){
	pid_t tempPid, tempW;
	tempPid = fork();
	if(tempPid == -1){
		perror("fork error");
		exit(1);
	}else if(tempPid == 0){//child
		sleep(3);
		printf("Child process, pid = %d, ppid = %dn", getpid(), getppid());
	}else{//parent 
		tempW = wait(NULL);
		printf("Catched a child process, tempW = %d, ppid = %dn", tempW, getppid());
	}//of if
	printf(">>>>>>>>finish<<<<<<< 
 
把父进程挂起就可以避免子进程变成孤儿进程，因为必须得子进程结束父进程的挂起才会结束。
 
若wait函数的参数不为空，可以获取子进程的退出状态，退出状态存放在参数status的低八位中。Linux定义了一组判断进程退出状态的宏函数，其中最基础的两个如下：
 
#include 
int WIFEXITED(int status);//判断子进程是否正常退出，若是，返回非0值，否则返回0
int WEXITSTATUS(int status);//和WIFEXITED配合使用，WIFEXITED返回非0值，则使用该宏提取子进程的返回值。
 
案列3 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(){
    int tempStatus;
    pid_t tempPid, tempW;
    tempPid = fork();
    if(tempPid == -1){
        perror("fork error");
        exit(1);
    } else if(tempPid == 0){//child
        sleep(3);
        printf("Child process: pid=%dn",getpid());
        exit(5);
 	}  else{//parent
        tempW = wait(&tempStatus);
        if(WIFEXITED(tempStatus)){
            printf("Child process pid=%d exit normally.n", tempW );
            printf("Return Code:%dn",WEXITSTATUS(tempStatus));
        } else {
            printf("Child process pid=%d exit abnormally.n", tempW);
        }//of if
    }//of if
    return 0;
}//of main
 

 但wait()存在明显缺陷：如果存在多个子进程，那么只要其中一个子进程结束，那么父进程就解开了挂起状态，则后面的子进程都会成为孤儿进程。
 为了解决这个问题我们引用函数waitpid()。
 
waitpid()函数 
#include  
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
 
参数说明：
 pid：一般是进程的pid，也有可能是其他取值。进一步说明如下：
 – pid > 0：等待子进程（编号为pid）退出，若退出，函数返回；若未结束，则一直等待；
 – pid = 0：等待同一进程组的所有子进程退出，若某子进程加入了其他进程组，则waitpid不再关心它的状态；
 – pid = -1：waitpid函数退化为wait函数，阻塞等待并回收一个子进程；
 – pid < -1：等待指定进程组中的任何子进程，进程组的id等于pid的绝对值。
 options： 提供控制选项，可以是一个常量，也可以是|连接的两个常量，选项如下：
 – WNOHANG：如果子进程没有终止，waitpid不会阻塞父进程，会立即返回；
 – WUNTRACED：如果子进程暂停执行，waitpid立即返回；
 – 0：不使用选项。
 返回值说明：
 成功：返回捕捉到的子进程id；
 0：options = WNOHANG， waitpid发现没有已退出的子进程可回收；
 -1：出错，errno被设置。
 
案列4 
父进程等待进程组中指定子进程，该进程不退出，则父进程一直阻塞
 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(){
	pid_t tempPid, tempP, tempW;
	tempPid= fork();							//创建第一个子进程
	if (tempPid == -1){							
		perror("fork1 error");
		exit(1);
	} else if (tempPid == 0){						//子进程沉睡
		sleep(5);
		printf("First child process:pid=%dn", getpid());
	} else {						//父进程继续创建进程
		int i;
		tempP = tempPid;
		for (i = 0; i < 3; i++){					//由父进程创建3个子进程
			if ((tempPid = fork()) == 0){
				break;
			}//of if
		}//of for i
		if (tempPid == -1){						//出错
			perror("fork error");
			exit(2);
		} else if (tempPid == 0){					//子进程
			printf("Child process:pid=%dn", getpid());
			exit(0);
		} else {					//父进程
			tempW = waitpid(tempP, NULL, 0);			//等待第一个子进程执行
			if (tempW == tempP){
				printf("Catch a child Process: tempW=%dn", tempW);
			}else{
				printf("waitpid errorn");
			}//of if
		}//of if
	}//of if
	return 0;
}//of main
 
 
案列5 
waitpid函数不断获取子进程的状态。
 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main() {
	pid_t tempPid, tempW;
	tempPid = fork();
	if (tempPid == -1){
		perror("fork error");
		exit(1);
	} else if (tempPid == 0){
		sleep(3);
		printf("Child process:pid=%dn", getpid());
		exit(0);
	} else {
		do{
			tempW = waitpid(tempPid, NULL, WNOHANG);
			if (tempW == 0){
				printf("No child exitedn");
				sleep(1);
			}//of if
		} while (tempW == 0);
		if (tempW == tempPid){
			printf("Catch a Child process:tempW=%dn", tempW);
		}else{
			printf("waitpid errorn");
		}//of if
	}//of if
	return 0;
}//of main
 
 
进程间通信(部分) 
这节课我们主要讲的进程间通信就是管道，因此就只写了管道
 

 管道只能读或者写，写和读不能同时进行，如果两个进程同时对管道进行操作，则两个进程中必须有一个停止下来让另一个进行操作，否则就会错误。
 管道分为：
 
匿名管道：只能用于有亲缘关系的进程间通信，进程退出后管道会被销毁。
命名管道：命名管道与进程的联系较弱，相当于一个读写内存的接口，进程退出后，命名管道依然存在。
 匿名管道
 
匿名管道 
匿名管道的使用流程如下：
 ①在进程中创建匿名管道，pipe函数；
 ②关闭进程中不使用的管道端口，close函数；
 ③在待通信的进程中分别对管道的读、写端口进行操作，read/write函数；
 ④关闭管道，close函数。
 
0x01 pipe函数
 
#include 
int pipe(int pipefd[2]);
 
功能：创建匿名管道
 
参数：
 
pipefd：传入参数，一个文件描述符数组；Linux将管道抽象为一个特殊文件
 返回值：
 - 成功：返回0.
 - 不成功：返回-1。
 
案列6 
使用pipe()实现父子进程间通信，父进程作为读端，子进程作为写端。
 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main(){
    int tempFd[2];//定义文件描述符数组
    int tempRet=pipe(tempFd);//创建管道
    if(tempRet == -1){   
        perror("pipe");
        exit(1);
    }   
    pid_t tempPid=fork();
    if(tempPid > 0){//父进程—读
        close(tempFd[1]);//关闭写端
        char tempBuf[64]={0};
        tempRet = read(tempFd[0], tempBuf, sizeof(tempBuf));//读数据
        close(tempFd[0]);
        write(STDOUT_FILENO, tempBuf, tempRet);//将读到的数据写到标准输出
        wait(NULL);
    } else if(tempPid == 0){//子进程—写
        close(tempFd[0]);//关闭读端
        char *tempStr="hello,pipen";
        write(tempFd[1], tempStr, strlen(tempStr)+1);//写数据
        close(tempFd[1]);
   }//of if
   return 0;
}//of main
 

 把tempFd[]设为读和写的管道，在子进程中关闭读端，在父进程中关闭写端，由于在管道中不能同时读写，所以我们执行完父进程的读要close再挂起等待子进程写入数据。