Linux应用程序学习之进程函数

Linux应用程序学习之进程学习
Linux中进程的概念非常重要，其涉及到的知识也非常有用，希望能在此做一个抛砖引玉的作用，来让我们深入学习下linux。

进程是一个具有一定独立功能的程序的一次运行活动，其主要特点包括动态性、并发性、独立性和异步性。我们常见的进程包括三种状态，分别是就绪态，运行态，以及阻塞态，进程在三个状态之间相互转化。在linux系统中，我们用进程ID来标识一个进程，在我们创建一个进程的时候，系统就会为这个进程分配一个唯一的标识符，且为非负数，因此通过进程ID我们就可以操作一个进程了。Linux系统为我们提供了许多获取进程ID的函数，我们就简单看看下面两个

pid_t getpid(void); //返回调用进程的进程ID

pid_t getppid(void); //返回调用进程的父进程ID

有了函数名，我们就可以使用man命令去查看其相关的详细描述了，由于这个比较简单，就不再举例了，把重点放在我们下面要学习的函数中了。

（1）创建进程函数fork

调用fork函数可以创建一个子进程，在此我需要详细介绍一下这个函数，因为它对我来讲真的有点陌生，所以我在此尽可能把其详细信息列举出来

函数原型：

pid_t fork(void);

函数功能：

创建一个子进程

函数所属头文件：

#include <unistd.h>

函数返回值：

成功：返回子进程的ID号，同时在子进程中返回0

失败：返回-1

看到此大家都很疑惑其返回值到底是什么意思，下面我们就用一个简单的程序来说明一下：

#include<stdio.h>

#include<unistd.h>

voidmain()

{

fork();

printf("theprocess is end !\n");

exit(0);

}

在linux中运行这个程序，发现其打印了两行

the process is end！

这到底是为什么内？下面让我们到linux命令行下面man fork来自行查看其详细描述:



这段话翻译过来就是fork函数通过复制调用该函数的进程来创建一个子进程，这个子进程是精确的复制了其父进程的内容，除了…，大概就是这个意思，总之我们知道了，在运行有fork函数的程序中，至少有两个进程要出现了，首先是我们调用fork函数的程序作为父进程，然后调用fork函数又创建了一个子进程，之所以返回值有两个就是这个原因，父进程返回子进程的进程ID，而子进程返回0.

至于后面程序中之所以打印两个值，是因为fork创建一个子进程后，该子进程获得父进程的数据空间、堆和栈的副本，注意是副本，因此父子进程并不共享这些存储空间部分，其只是共享正文段。fork函数创建子进程后，由于共享正文段，所以都会继续执行fork调用函数之后的代码（如果子进程执行fork前的代码，则程序将无休止执行下去，这是不合理的），因此就会有两条打印信息，只是谁先被执行，则是不确定的。

（2）创建进程函数vfork

这里真没有写错，在linux中我们还提供了另一种创建进程的函数就是vfork了，该程序在原型和返回值都与fork相同，只是vfork并不将父进程的地址空间完全复制到子进程中，并且vfork函数可以保证子进程优先运行，在他调用了exec或者exit之后父进程才能被调度运行。下面我们看一个程序，猜一猜其输出是什么：

#include<unistd.h>

#include<stdio.h>

void main(void)

{

pid_t pid;

int count = 0;

pid = fork();

count++;

printf（“count = %d \n” ， count）;

exit(0);

}

大家可以先运行一下看看，这个程序打印出

count = 1

count = 1

两条信息，有关为什么是两条前面已经为大家介绍过了，至于两个都是1，而不是1,2是因为fork函数创建的子进程拥有独立的数据段和栈，因此其改变的是自己的count，父子栈中的内容互不影响，所以都是1，那么我们把这个程序中的fork函数改为vfork函数回事怎么样的内？前面介绍了vfork函数创建的子进程没有独立的数据段和栈，其使用的是父进程的存储空间，所以count变量是共用的，因此会打印出1,2这两个值。

（3）进程退出函数exit

在main函数中调用exit与调用return是一个效果，因此在父进程中我们一般可以采用这两种退出方法，但是子进程则只能采用exit函数来退出，exit函数中的参数意义为：如果为1表示是异常退出，为0表示正常退出，想详细了解该函数可在linux下man进行查看。

（4）进程等待函数wait

Linux中的进程等待函数原型为

pid_t wait(int *status);

这个函数的作用是阻塞调用它的进程，直到一个子进程终止。如果一个子进程已经终止，并且是一个僵死进程（一个已经终止、但是其父进程尚未对其进行善后处理的进程被称为僵死进程），则wait立即返回并且取得该子进程的状态。

这个函数的参数如果不是空指针，则终止进程的终止状态就存放在它所指向的单元内，如果我们不需要了解其状态，则可将该参数指定为空指针，好像我们前面的time函数也有这个特点。

下面我们就用一个程序来感受下这个函数特点：

#include <sys/types.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/wait.h>

#include <unistd.h>

void main(void)

{

pid_t pid;

pid = fork();

if(pid > 0)

{

// wait(NULL);

printf("this is fatherprocess\n");

return 0;

}

else

{

printf("this is child process\n");

exit(0);

}

}

在这个程序中，我们将wait函数先注释掉，则其打印结果我们在前面也提到了，即

this is father process

this is child process

但是如果加入了wait函数后，结果又会怎么样？由前面的分析我们可以知道，加入wait函数后，父进程会阻塞，此时会去执行子进程，因此我们先打印子进程消息，等到子进程退出后我们再打印父进程消息，因此打印输出为

this ischild process

this isfather process

大家可以自行在linux中运行看看结果，这样对wait函数的功能也能更加直观感受。

（5）执行函数exec

进程执行函数应该是一个家族函数，其实它包括下面好几个函数

intexecl(const char* path,const char *arg,...);

intexecle(const char *path,const char *arg ,…, char *const envp[]);

intexecv(const char *path , char *const argv[]);

intexecvp(const char *file , char *const argv[]);

int execlp(const char *file,const char&arg,…);

这五个函数都是如果出错，则返回-1，成功则不返回值，在这五个函数中，前三个函数的第一个参数都是一个路径名，而后两个函数参数则为文件名。至于第二个参数其为一个参数参数序列，我们必须在最后补一个NULL空指针来作为结尾。这几个函数的功能是当进程调用一种exec函数时，该进程执行的程序完全替换为新进程，而新程序则从其main函数开始执行。由于调用exec并不创建新进程，所以前后进程ID并未改变，exec只是用一个全新的程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段。这段功能描述可能有点不好理解，下面我们就来举一个程序例子来说明：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

void main(void)

{

pid_t pid;

pid = fork();

if(pid > 0)

{

printf("this is fatherprocess\n");

return 0;

}

else

{

execl("/bin/ls" , "ls" ,"/home" , NULL);

printf("this is child process\n");

}

}

这段程序，我们现在已经见过很多次了，唯一的改变是在子进程中加了一个execl函数，如果不加如这个函数，我们知道会打印两句话，但是加入这个之后，运行程序，程序打印出如下信息



先是打印出this is father process，然后将/home目录下的文件都列举出来了，再看看原程序和我们对exec族函数的的解释，是不是会有所感觉？单就这个程序来说，我采用execl函数就是为了执行linux下的ls命令的功能，其第一参数就是列出其所在路径，第二个参数就是这个命令的名字，第三个参数以及之后的参数就是这个命令之后需要跟的参数，这里就是我们ls后面需要跟的参数，我们在此只是跟了一个参数，也就是/home，所以整个执行下来就是ls
/home了，所以会打印出home目录下的文件，至于最后一个参数一定是以NULL来表示结尾的。那么另一个问题就是为什么子进程的那个printf没打印出来？我们前面说过，exec族函数，会完全替换掉调用它的进程，从新程序的main函数开始执行，我们上面的程序的新程序就是ls这个命令的相关程序了，所以子进程调用exec后，就只是执行了ls这个命令程序了，所以才会打印出这中结果，如此我们应该稍微理解了吧。

有关其它几个函数的用法，我们可以按照自行编程测试一下，原理都差不多。