Linux系统编程_进程：C程序空间分配、(v)fork、wait、exec、system、popen

Cui杰西2023-10-18 13:56

1. 进程相关概念（414.1）

问1. 什么是程序，什么是进程，有什么区别？

  • 程序是静态的概念，gcc xxx.c --o pro，磁盘中生成pro文件，叫做程序
  • 进程是程序的一次运行活动，通俗点即程序跑起来了，系统中就多了一个进程

问2. 如何查看系统中有哪些进程？

  • a. 使用ps指令查看进程，实际工作中配合grep来查找程序中是否存在某一进程
c 复制代码 
ps// 仅显示当前终端会话中运行的进程的快照
ps aux// 仅显示当前终端会话中运行的进程的快照
ps aux|grep xxx//显示包含特定进程名称xxx的进程。


  • b. 使用top指令查看进程实时情况，类似windows任务管理器

问3. 什么是进程标识符？

  • 每个进程都有一个非负整数表示的唯一ID，叫做pid，类似身份证
    • Pid=0：称为交换进程（swapper），作用---进程调度
    • Pid=1：init进程，作用---系统初始化
  • 编程调用 getpid 函数获取自身的进程标识符，getppid 获取父进程的进程标识符
  • PRO/demo1.c
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
	pid_t pid;

	pid = getpid();//获取自身的进程标识符

	printf("my pid is %d\n",pid);

	while(1);
	return 0;
}

问4. 什么叫父进程，什么叫子进程

  • 进程A创建了进程B：
    • 那么A叫做父进程，B叫做子进程
    • 父子进程是相对的概念，理解为人类中的父子关系

问5. C程序的存储空间是如何分配？（*面试会问）

2. 创建进程函数fork的使用（415.2）

使用fork函数创建一个进程：pid_t fork(void);

  • fork函数调用成功，返回两次
    • 返回值为 0， 代表当前进程是子进程
    • 返回值 非负数（>0），代表当前进程为父进程
    • 调用失败，返回 -1
  • 每一次a.out之后就是当前进程结束之后，重新a.out就是新的进程，so每个pid号不一样
  • FILE/demo3.c
  • FILE/demo4.c
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
	pid_t pid;
	pid_t pid2;

	pid = getpid();
	printf("before fork: pid = %d\n\n",pid );	

	fork();
	
	pid2 = getpid();
	printf("after fork: pid = %d\n",pid2 );		

	if(pid == pid2){
		printf("this is father print,pid = %d\n\n",pid);fork创建之前的父进程id
	}
	else{
		printf("this is child print,child pid = %d\n",getpid());//fork创建之后的子进程id
	}
	return 0;
}
  • FILE/demo5.c
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
	pid_t pid;

	printf("father: id =%d\n",getpid());

	pid = fork();
		
	if(pid > 0){
		printf("this is father print,pid = %d\n",getpid());
		
	}
	
	else if(pid == 0){
		printf("this is child print,pid = %d\n",getpid());
	}

	return 0;
}

3. 创建进程函数fork的使用补充（416.3）

  • FILE/demo6.c（fork的其一非正返回值表父进程，等于子进程pid号）

4. 进程创建发生了什么事（417.4）

旧版本Linux的拷贝：全拷贝

新版本Linux的拷贝：写实拷贝（Copy-On-Write，COW）（*面试会问）

  • 父子进程在初始阶段共享所有的数据（全局、 栈区、 堆区、 代码）， 内核会将所有的区域设置为只读。 当父子进程中任意一个进程试图修改其中的数据时， 内核才会将要修改的数据所在的区域（页） 拷贝一份。

  • 共享数据

  • 写时拷贝后：


  • FILE/demo7.c

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
	pid_t pid;
	int data = 10;

	printf("father: id =%d\n",getpid());

	pid = fork();
		
	if(pid > 0){
		printf("this is father print,pid = %d\n",getpid());
		
	}
	
	else if(pid == 0){
		printf("this is child print,pid = %d\n",getpid());
		data = data+100;
	}
	
	printf("data=%d\n",data);
	
	return 0;
}

5. 创建新进程的实际应用场景及fork总结（418.5）

fork创建一个子进程的一般目的


fork编程实战

  • PRO/demo8.c
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
	pid_t pid;
	int data = 10;

	while(1){

		printf("please input a data\n");
		scanf("%d",&data);	
		if(data == 1){
						
				pid = fork();
					
				if(pid > 0){
					
				}
				else if(pid == 0){
				
					while(1){
						printf("do net request,pid=%d\n",getpid());
						sleep(3);//使程序休眠3秒
					}
				}
		}
		else{
			printf("wait ,do nothing\n");
		}
	}

	return 0;
}

6. vfork创建进程（419.6）

  • vfork 与 fork 区别
    • vfork 直接使用父进程存储空间，不拷贝。
    • vfork 保证子进程先运行,当子进程调用exit退出后，父进程才执行。
  • PRO/demo9.c、demo10.c
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(){
	pid_t pid;

	pid = fork();
	//pid = vfork();
		
	if(pid > 0){
		while(1){
			printf("this is father print, pid = %d\n",getpid());
			sleep(3);
		}	
	}
	else if(pid == 0){
		while(1){
			printf("this is chilid print, pid = %d\n",getpid());
			sleep(3);
		}	
	}
	
	return 0;
}
  • PRO/demo11.c、demo12.c
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>//exit函数的

int main(){
	pid_t pid;

	int cnt = 0;
	
	pid = vfork();
		
	if(pid > 0){
		while(1){
			printf("cnt=%d\n",cnt);
			printf("this is father print, pid = %d\n",getpid());
			sleep(1);
		}	
	}
	else if(pid == 0){
		while(1){
			printf("this is chilid print, pid = %d\n",getpid());
			sleep(1);
			cnt++;
			if(cnt == 3){
				exit(0);
				//_exit(0);
				//_Exit(0);
			}
		}	
	}
	return 0;
}

7. 进程退出（420.7）

  • 正常退出

    • Main函数调用return
    • 进程调用exit(),标准c库
    • 进程调用_exit()或者_Exit()，属于系统调用
    • 进程最后一个线程返回
    • 最后一个线程调用pthread_exit

  • 异常退出

    • 调用abort
    • 当进程收到某些信号时，如ctrl+C
    • 最后一个线程对取消（cancellation）请求做出响应



8. 父进程等待子进程退出 (一)（421.8）

为啥要等待子进程退出

父进程等待子进程退出并收集子进程的退出状态



  • status参数：是一个整型数指针
    • 非空：子进程退出状态放在它所指向的地址中
    • 空：不关心退出状态
  • PRO/demo14.c
  • PRO/demo15.c

子进程退出状态不被收集，变成僵死进程（僵尸进程）

  • PRO/demo12.c（同demo11）（vfork，子进程退出后再父进程，子进程Z+僵尸进程）
  • PRO/demo13.c（fork无wait收集，子进程为僵尸进程，且父子进程先是交替运行）

9. 父进程等待子进程退出 (二)（422.9）

waitpid



  • PRO/demo16.c（waitpid(pid,&status,WNOHANG);//不常用，不挂起不等待退出）

孤儿进程

  • 父进程如果不等待子进程退出，在子进程之前就结束了自己的"生命"，此时子进程叫做孤儿进程
  • Linux避免系统存在过多孤儿进程，init进程收留孤儿进程，变成孤儿进程的父进程（pid=1）
  • PRO/demo17.c

unix环境高级编程

  • 代码（子进程退出的状态判断）


运行结果：

10. exec族函数（423.10）

为什么要用exec族函数，有什么作用



  • PRO/echoarg.c（）
c 复制代码 
#include <stdio.h>

int main(int argc,char *argv[]){
    int i = 0;
    for(i = 0; i < argc; i++){
        printf("argv[%d]: %s\n",i,argv[i]); 
    }
    return 0;
}
  • PRO/demo18.c
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
//函数原型：int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("before execl\n");
    
    if(execl("./echoarg","echoarg","abc",NULL) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");
    
    return 0;
}
  • PRO/demo19.c
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
//函数原型：int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("before execl\n");
    
    if(execl("/bin/ls","ls",NULL,NULL) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");
    
    return 0;
}
  • PRO/demo20.c
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
//函数原型：int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("before execl\n");
    
    if(execl("/bin/ls","ls","-l",NULL) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");
    
    return 0;
}
  • PRO/demo21.c
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
//函数原型：int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("this pro get system date:\n");
	
    if(execl("/bin/date","date",NULL,NULL) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");
    
    return 0;
}
  • PRO/demo22.c（execlp函数带p，能通过环境变量PATH查找到可执行文件ps）（带p的只是省略了绝对路径，编译结果都一样）
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
//函数原型：int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("this pro get system date:\n");
	
    if(execlp("ps","ps",NULL,NULL) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");
    
    return 0;
}


echo $PATH：让系统能找到这个路径底下的可执行程序

  • 将当前路径添加到系统环境变量（不用"./"、在别的目录下也可直接执行那个程序）
c 复制代码 
pwd//return:/home/cjq/Jessie/PRO
export PATH=$PATH:/home/cjq/Jessie/PRO



  • PRO/demo23.c（编译结果同demo22）（带v的只是多了一个char *argv）
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
//函数原型：int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    printf("this pro get system date:\n");

    char *argv[] = {"ps",NULL,NULL};
    if(execvp("ps",argv) == -1){
        printf("execl failed!\n");      
	perror("why");
    }
    
    printf("after execl\n");
    
    return 0;
}
  • PRO/demo24.c（编译结果同demo22、23）（带v的只是多了一个char *argv）（不带p要加上绝对路径）
c 复制代码 
char *argv[] = {"ps",NULL,NULL};
    if(execv("/bin/ps",argv) == -1){

11. exec族函数配合fork使用（11）

  • 实现功能：当父进程检测到输入为1的时候，创建子进程把配置文件的字段值修改掉
  • PRO/demo25.c（仅使用子进程方式修改配置文件中的参数）
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>//wait的
#include <sys/wait.h>//wait的
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(){
	pid_t pid;
	int data = 10;

	while(1){
		printf("please input a data\n");
		scanf("%d",&data);	
		if(data == 1){
			int fdSrc;			
		
			pid = fork();
			
			if(pid > 0){
				wait(NULL);
			}	
			if(pid == 0){
				char *readBuf=NULL;

				fdSrc = open("config.txt",O_RDWR);
				int size = lseek(fdSrc,0,SEEK_END);
				lseek(fdSrc,0,SEEK_SET);

				readBuf=(char *)malloc(sizeof(char)*size + 8);
				int n_read = read(fdSrc, readBuf, size);

				char *p = strstr(readBuf,"LENG=");
				if(p==NULL){
					printf("not found\n");
					exit(-1);
				}
				p = p+strlen("LENG=");
				*p = '5';

				lseek(fdSrc,0,SEEK_SET);
				int n_write = write(fdSrc,readBuf,strlen(readBuf));
				
				close(fdSrc);
				exit(0);
			}
		}
		else{
			printf("wait ,do nothing\n");
		}
	}
	return 0;
}
  • PRO/demo26.c（子进程用exec调用另一程序来修改配置文件中的参数）
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>//wait的
#include <sys/wait.h>//wait的
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(){
	pid_t pid;
	int data = 10;

	while(1){
		printf("please input a data\n");
		scanf("%d",&data);	
		if(data == 1){
			int fdSrc;			
			pid = fork();
		
			if(pid > 0){
				wait(NULL);
			}	
			if(pid == 0){
				execl("./changeData","changeData","config.txt",NULL);
			}
		}
		else{
			printf("wait ,do nothing\n");
		}
	}
	return 0;
}

12. system函数（424.12）

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>//wait的
#include <sys/wait.h>//wait的
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main(){
	pid_t pid;
	int data = 10;

	while(1){
		printf("please input a data\n");
		scanf("%d",&data);	
		if(data == 1){
			int fdSrc;			
		
			pid = fork();
			
			if(pid > 0){
				wait(NULL);
			}	
			if(pid == 0){
				
				//execl("./changeData","changeData","config.txt",NULL);
				system("./changeData config.txt");//相当于在终端执行shell命令"sh -c ./changeData config.txt"
			}
		}
		else{
			printf("wait ,do nothing\n");
		}
	}
	return 0;
}

13. popen函数（425.13）

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
//函数原型：int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int main(void){
    char ret[1024] = {0};

    system("ps");
    printf("ret=%s\n",ret);
	//popen("ps","w");
    return 0;
}
  • PRO/demo29.c（popen返回运行结果）
c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
//函数原型：int execl(const char *path, const char *arg, ...);
//size_t fread(void *ptr, size_t size, size_t nmemb, FILE *stream)
int main(void){
    char ret[1024] = {0};
    FILE *fp;

    fp = popen("ps","r");
    int nread = fread(ret,1,1024,fp);	

    printf("read ret %d byte, ret=%s\n",nread,ret);
	    
    return 0;
}

14. 进程总结（426.14）（重点：1 2 3 4 5 12 13节课程）

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