系统级程序设计（3）

• 学习内容
• • exec函数族
  • 进程退出
  • 特殊进程
  • wait函数和waitpid函数
• 代码
• • exec
  • 运行结果
  • 【案例 1】
  • 【案例 2】
  • 【案例 3】
  • 【案例 4】
• 总结

链接：
进程管理
进程同步

exec：一个进程调用exec类函数，它本身就"死亡"了，系统把代码段替换成新的程序代码，废弃原有数据段和堆栈段，并为新程序分配新数据段与堆栈段
exec函数族中包含6个函数，分别为：

#include 
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[]);

参数说明：
（1）当参数是path，传入的为路径名；当参数是file，传入的可执行文件名；
（2）可以将exec函数族分为execl和execv两类：
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；
（3）如果没有参数char * const envp[]，则采用默认环境变量；如果有，则用传入的参数替换默认环境变量；

#include 
void exit(int status);

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。

wait函数功能：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。
wait函数的缺点：当前进程有很多个子进程，wait函数无法保证所有子进程在父进程之前执行。
waitpid函数：可以应对 wait函数面临的缺点。可以等待指定的子进程，也可以在父进程不阻塞的情况下获取子进程的状态。

#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());
char *arg[]={"-a","-1","main.c",NULL};
execvp("ls",arg);
perror("error execn");
printf("child process:pid=%dn",getpid());
}// of if
return 0;
}// of main 

结果如下：

若子进程p 1 是其父进程p 的先决进程，基于wait函数使得进程同步。

#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, pid = %d, ppid = %dn", tempW, getppid());
	}//of if
	printf("......finish......");
	return 0;
}//of main

结果如下：

使用wait同步进程，并使用宏获取子进程的返回值。

#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){//子
        sleep(3);
        printf("Child process: pid=%dn",getpid());
        exit(5);
 	}  else{//父
        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

结果如下

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 
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: pid=%dn", tempW);
			}else{
				printf("waitpid errorn");
			}//of if
		}//of if
	}//of if
	return 0;
}//of main

基于waitpid函数不断获取子进程的状态。

#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:pid=%dn", w);
		}else{
			printf("waitpid errorn");
		}//of if
	}//of if
	return 0;
}//of main

经过这次学习，我初步了解了exec函数族及其包含的六个函数,wait函数和waitpid函数的功能和区别，通过代码运行后对函数作用有了简单了解，以及进程退出函数的使用，特殊进程：孤儿进程，僵尸进程的概念。