进程的重要函数

付宇轩2024-09-18 19:05

进程的重要函数:

fork函数

了解fork函数

通过调用fork()函数，则会产生一个新的进程。调用fork()函数的进程叫做 父进程，产生的新进程则为子进程。

其编码过程:

1.函数功能:

c 复制代码 
函数头文件
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
函数原型
pid_t fork(void);
函数功能
创建一个子进程
函数返回值
成功:返回给父进程是子进程的pid,返回给子进程的是0
失败:返回-1,并设置errno

2.代码实例:

c 复制代码 
// 创建一个子进程，并打印 Hello fork
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
	pid_t pid = fork();
	if(pid==-1)
	{
	perror("fork");
	return -1;
	}
	printf("Hello fork.\n");
	return 0;
}

fork创造的父子进程的特点

通过 fork() 函数创建子进程，有如下特点:

  • 父子进程并发执行，子进程从 fork() 函数之后开始执行
  • 父子进程的执行顺序由操作系统算法决定的，不是由程序本身决定
  • 子进程会拷贝父进程地址空间的内容，包括缓冲区、文件描述符等
    代码示例:
c 复制代码 
// 父子进程数据空间拷贝，缓冲区的拷贝
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
	// 标准IO
	write(1,"write hello.",12);
	// 文件IO自带缓冲区
	fputs("fputs hello.",stdout); // 注意没有换行符,stdout的缓冲区属于行
	缓冲
	pid_t pid = fork();
	if(pid==-1)
	{
	perror("fork");
	return -1;
	}
	printf("pid = %d,Hello fork.\n",getpid());
	return 0;
}

运行结果:

c 复制代码 
1.write hello.fputs hello.pid = 4711,Hello fork.
2.fputs hello.pid = 4712,Hello fork.

创建多个进程

在创建多个进程时,最主要的原则是由父进程统一创建，统一管理，不能进行递归创建

代码公示列:

c 复制代码 
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include<stdio.h>
#include <stdlib.h>
//一定要创建子进程一定要在父进程中进行
int main(){
	printf("hellow process\n");
	pid_t pid1 = fork();//先创建第一个子进程
	if(pid1 == 0)//如果创建返回为0,则为子进程，如果大于0,则为为父进程
	{
		printf("son1 start\n");
		printf("son2 end\n");
	}else if(pid1 == -1){
		perror("创建失败");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}else if(pid1 > 0){
		pid_t pid2 = fork();//创建第二个子进程
		if(pid2 == 0){
			printf("son2 start\n");
			printf("son2 end\n");
		}else if(pid2 == -1){
			perror("创建失败");
			exit(EXIT_FAILURE);
		}else{
			printf("parent start\n");
			printf("parent end\n");
		}
	}
}

题目结果:

wait函数和waitpid函数

wait函数:

函数功能及引用头文件:

c 复制代码 
1.函数头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

2.函数原型
pid_t wait(int *wstatus);

3.函数功能
让函数调用者进程进入到睡眠状态,等待子进程进入僵死状态后，释放相关资源并返回

4.函数参数
wstatus:保存子进程退出状态值变量的指针
*****获取具体值需要使用宏定义*****

5.函数返回值
wait(): on success, returns the process ID of the terminated child; on error,
-1 is returned.
成功:返回退出子进程的pid
失败:返回-1

2.函数代码示例(以下拿c++代码来实现):

cpp 复制代码 
using namespace std;
#include <iostream>
#include <string> 
#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(){
	pid_t pid = fork();
	if(pid == -1){
		cout << "创建失败"  << endl;
		exit(EXIT_FAILURE);
	}else if(pid == 0){
		cout << "son start" << endl;
		sleep(2);
		cout << "son end" << endl; 
		exit(1000);
	}else if(pid > 0){
		int wat = 0;
		wait(&wat);
	} 
	return 0;
}

运行结果：

由此可得等待功能是多么强大，它能让父进程休眠，等子进程完成后，父进程才开始，但waitpid更强大

waitpid函数

函数功能及引用头文件：

waitpid函数的功能与wait函数一样，但比wait()函数功能更强大,可以理解成 wait() 底层调用waitpid()函数

cpp 复制代码 
1.函数头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
2.函数原型
pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);
3.函数参数
pid:进程id
-1 可以等待任意子进程
>0 等待id为pid的进程
wstatus:保存子进程退出状态值的指针
options:选项
WNOHANG 非阻塞选项
0 阻塞式与wait等同
4.函数返回值
成功
>0 退出进程的pid
=0 在非阻塞模式下，没有进程退出
失败
-1,并设置errno

函数代码:

cpp 复制代码 
using namespace std;
#include <iostream>
#include <string> 
#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(){
	pid_t pid = fork();
	if(pid == -1){
		cout << "创建失败"  << endl;
		exit(EXIT_FAILURE);
	}else if(pid == 0){
		cout << "son start" << endl;
		sleep(3);
		cout << "son end" << endl; 
		exit(1000);
	}else if(pid > 0){
		pid_t pid1 = fork();
		if(pid1 == 0){
			cout << "son1 start" << endl;
			sleep(3);
			cout << "son2 end" << endl;
			exit(50);
		}else if(pid1 == -1){
			cout << "创建pid1失败" << endl;
		}else if(pid1 > 0){
		int cpid = 0;
		//waitpid(-1,NULL,0);//这是waitpid用的最多的形式
		while((pid = waitpid(-1,NULL,0)) != -1);//此方式可以阻挡多线程	
		cout << "parent start" << endl;
		cout << "parent end" << endl;  
		}
	} 
	return 0;
}

重点! 重点! 重点!:

cpp 复制代码 
int cpid = 0;
 while((cpid=waitpid(-1,&status,WNOHANG))==0);//这种方式可以阻绝任意进程是必须要掌握等待函数

与进程替换有关的函数(重点)

应用场景：

  • Linux 终端应用程序，在执行命令时，通过创建一个进程，然后替换成对应命令的可执行程序，在执行。

exec函数族(重点) :

cpp 复制代码 
int execl(const char *pathname, const char *arg, .../* (char *) NULL */);
int execlp(const char *file, const char *arg, .../* (char *) NULL */);
int execle(const char *pathname, const char *arg, .../*, (char *) NULL, char 
*const envp[] */);
int execv(const char *pathname, char *const argv[]);//最简单，最方便 
int execvp(const char *file, char *const argv[]);//最简单，最方便 
int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

参数说明:

cpp 复制代码 
path:可执行文件的路径名
file:可执行文件名，可以通过PATH环境变量指定的路径
arg:参数列表，以NULL结尾
argv[]:参数数组
envp[]:环境变量数组

返回值:

cpp 复制代码 
The exec() functions return only if an error has occurred. The return value
is -1, and errno is set to indicate the error.

其中一个示例代码(c语言):

c 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#define SIZE 10
int main(){
	char* param[SIZE];
	char command[128] = { 0 };
	int pipefd[2];
	int ret = pipe(pipefd);
	if(ret == -1){
		perror("pipe");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	pid_t pid = fork();
	if(pid == -1){
		perror("pid");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}else if(pid == 0){
		close(pipefd[1]);
			char buf[128] = { 0 };
			size_t rtype = read(pipefd[0],buf,sizeof(buf));
			printf("read buf:%s\n",buf);
			if(rtype == 0){
				printf("1\n");
				close(pipefd[0]);
				exit(EXIT_SUCCESS);
			}else if(rtype == -1){
				perror("rtype");
				close(pipefd[0]);
				exit(EXIT_FAILURE);
			}
			int index = 0;
			//用strtok函数将命令分割开装入数组中，以便进行进程替换
			char* cmd_name = strtok(buf," ");
			param[index] = cmd_name;
			index++;
			char* ret = NULL;
			while((ret = strtok(NULL," ")) != NULL){
				param[index] =  ret;
				index++; 
			}
			param[index] = NULL;
			int ret_value = execvp(cmd_name,param);//这是exec族的一个函数用来进行进行替换
			if(ret_value == -1){
				perror("ret_value");
				exit(EXIT_FAILURE);
			}
		close(pipefd[0]);
	}else{
			close(pipefd[0]);
			memset(command,0,sizeof(command));
			printf("请输入你要实现的命令:\n");
			fgets(command,sizeof(command),stdin);
			command[strlen(command) - 1] = '\0';
			if(strcmp(command,"quit") == 0){
				printf("master\n");
				exit(EXIT_SUCCESS);
			}
			printf("command=%s\n",command);
			size_t wtype = write(pipefd[1],command,strlen(command));
			printf("wtype=%ld\n",wtype);
			if(wtype == -1){
				perror("wtype");
				close(pipefd[1]);
				exit(EXIT_FAILURE);
			}
			sleep(1);
		close(pipefd[1]);
		waitpid(-1,NULL,0);
	}
	
}

所以exec族的函数可以进行进程替换，让系统响应：

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