Linux编程之进程控制（1）

一.进程标识符

      UNIX一个被称为进程ID（process ID）的非负整型数表示进程，该进程ID为唯一的。虽然是唯一的，但是进程ID可以重用，即当一个进程终止后，其进程ID可以再被使用。大多数UNIX系统实现延迟重用算法，给予新建进程的进程ID不同于最近终止进程所使用的进程ID，这防止了将新进程误认为是使用同一ID的某个已终止的先前进程。

      系统中有一些专用进程：ID=0的进程是调度进程，是内核的一部分，并不执行任何磁盘上的程序，为系统进程；ID=1的进程是init进程，在自举过程结束时由内核调用，是一个普通的用户进程，负责启动一个UNIX系统，并读与系统有关的初始化文件，并将系统引导到一个用户状态，且决不会终止。

      进程ID（A）之上有个父进程ID（B），这个父进程ID（A）最初是创建进程ID（A）的那个进程的进程ID。当父进程终止时，其子进程被上一级父进程领养，当无上一级父进程时，都会被init进程领养。

      进程ID用pid_t表示，得到进程ID和父进程ID的函数如下：

#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);
           

     系统会为用户分配整型用户ID（user ID）和整型用户组ID来指明此用户的使用权限，分别表示为uid_t、gid_t。其中，用户ID分为真实用户ID、有效用户ID，用户组ID分为真实用户组ID、有效用户组ID。通常，真实用户ID = 有效用户ID，真实用户组ID=有效用户组ID。但进程用有效ID来确定文件的访问权限。比如说，root权限运行的程序可能希望代表普通用户创建一个文件，通常将进程的有效用户ID设置为这个普通用户的ID，此时真实用户ID为root，有效用户ID为普通用户ID。其相关函数如下：

#include <unistd.h>
uid_t getuid(void);
uid_t geteuid(void);
gid_t getgid(void);
gid_t getegid(void);
           

二.创建进程

     创建进程有两种方式：fork、vfork，创建进程的进程为父进程，被创建的进程为子进程。创建后，两个进程都继续执行后面的代码。

     1. fork()

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);  // 返回值：子进程返回0，父进程中返回子进程ID，出错返回-1，并设置errno
           

        fork函数被调用一次，返回两次，其中子进程的返回值为0，父进程的返回值为子进程ID。子进程是父进程的副本，子进程获得父进程数据空间、堆和栈的副本，父子进程并不共享存储空间，但共享正文段。

        父进程的很多属性都被子进程继承，如打开的文件的文件描述符等，但也有些属性不被继承，整理如下：

        1）fork的返回值不同

        2）各自的进程ID和父进程ID不同

        3）子进程的CPU的使用时间重置为0，tms_utime、tms_stime、tms_cutime、tms_ustime都被重置为0

        4）父进程的锁不会被子进程继承

        5）子进程中不会继承父进程的alarm

        6）子进程的未处理信号集为空集

     2. vfork()

         vfork与fork函数的功能差不多，都是创建一个新的进程。但是与fork不同的是，vfork并不将父进程的地址空间完全复制到子进程，因为子进程会立即调用exec或exit，这样子进程就不会访问该父进程的地址空间；在exec或exit之前，子进程在父进程的空间运行，父进程要等到子进程exec或exit之后才运行，这一点与fork有很大的不同。

三.等待进程退出

     当一个进程正常或异常终止时，内核会向其父进程发送SIGCHLD信号。父进程可以调用wait、waitpid等函数获取子进程的退出状态。

     1. wait函数 

      #include <sys/wait.h>

      pid_t wait(int *statloc);  // 返回成功时，返回子进程的ID；否则-1

      wait函数阻塞直到子进程退出；当有多个子进程时，只要有一个子进程退出，wait就返回，且将终止进程的终止状态就存在它所指向的单元中。

      2. waitpid函数

      #include <sys/wait.h>

      pid_t waitpid(pid_t pid, int *statloc, int options);

      waitpid函数等待一个指定的进程退出，同时根据设置的options，可以阻塞或立即返回，默认条件下，是阻塞的。

           pid == -1  等待任一子进程的退出；

           pid>0  等待进程ID = pid的子进程；

           pid == 0 等待组ID=调用进程组ID的任一子进程；

           pid < -1  等待其组ID等于pid绝对值的任一子进程。

     options的值有三个WCONTINUED、WNOHANG、WUNTRACED，常用的为WNOHANG（pid指定的子进程不是立即可用时，waitpid不阻塞，立即返回且返回值为0）。

     对于进程退出状态的获取，unix定义了6个宏，都已WIF开头，这里暂不介绍。

四.exec族函数

    fork函数创建了调用进程的一份拷贝，但大多数应用都需要子进程执行与父进程不一样的代码，exec函数族用新的程序映像覆盖了子进程的映像。fork-exec：子进程执行新的程序，父进程继续执行原来的代码。

       exec函数族总共有6个函数，以l、v、p结尾来区分不同，l代表接受的输入参数都是独立的参数；v代表接受的输入参数为一个数组；p代表输入参数接受路径；无p，输入参数接受文件名。

  第一个区别是：

       无p，取路径名做为参数；有p，取文件名做为参数，如果文件名中不包含 “/” 则从PATH环境变量中搜寻可执行文件， 如果找到了一个可执行文件，但是该文件不是连接编辑程序产生的可执行代码文件，则当做shell脚本处理。

第二个区别：

      " l "代表 list即表 ，而" v "代表 vector即矢量，以list的形式给出的参数，最后要加一个空指针，如果用常数0来表示空指针，则必须将它强行转换成字符指针，否则有可能出错。以矢量的形式给出的参数接受数组参数。

最后一个区别：

       与向新程序传递环境变量有关，以e结尾的函数，可以向函数传递一个指向环境字符串指针数组的指针。即自个定义各个环境变量，而其它四个则使用进程中的环境变量。

#include <unistd.h> extern char **environ; int execl(const char *path, const char *arg,..., ); int execlp(const char *file, const char *arg,..., ); int execle(const char *path, const char *arg,..., ); 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[]);

实例：

（1）在平时的编程中，如果用到了exec函数族，一定记得要加错误判断语句。先判断execl的返回值，如果出错，可以用perror( )函数打印出错误信息。

如：if (execl(“path”,”..””(char *)0) < 0)

    {

       perror(“execl error!”);

   }

如果调用出错，可输出：execl error!: 错误原因   这样可方便查找出错原因

（2）注意下面书写格式：

先定义一个指针数组：char *argv[]={“ls”,”-l”,(char *)0}

用execv调用ls:    execv(“/bin/ls”,argv)

 如果用execvp

execvp(“ls”,argv)      //直接写ls就可以了，因为会自动搜索PATH路径下的相应可执行程序