进程控制
- 一、进程创建
- 1. 再识fork
- 2. 写时拷贝
- 二、进程终止
- 前言——查看进程退出码
- 1. 退出情况
- 正常运行，结果不正确
- 异常退出
- 2. 退出码
- strerror和errno
- 系统中设置的错误码信息
- perror
- 异常信息
- 3. 退出方法
- exit和_exit
- 三、进程等待
- 1. 解决等待的三个问题
- 2. 系统调用
- wait
- 参数为NULL
- 使用status参数
- 小结
- waitpid
- 3. 阻塞和非阻塞等待
- 4. 进程等待的原理
- 四、进程替换
- 1. 概念
- 2. exec函数族
- ①execl
- ②execlp
- ③execle
- ④execv
- ⑤execvp
- ⑥execvpe
- 小结
- 3. 系统调用——execve
- 4. 总结
一、进程创建
1. 再识fork
在初始进程这篇博客中，浅谈了fork这个函数，在进程地址空间这篇中，也解释了一些关于fork返回值的问题。在这里再认识一下fork函数。
fork函数： 在Linux中，fork可以从已存在的进程中创建一个新的进程，新进程为子进程，原进程为父进程。
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
//返回值:如果成功，给父进程返回子进程PID，给子进程返回0，如果失败返回-1
来一段代码测试:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
printf("Before:pid id %d\n", getpid());
pid_t pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork");
exit(-1);
}
printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);
sleep(1);
return 0;
}
上述代码运行结果:
fork运行的逻辑结构:
结论: fork之前，父进程独立执行。fork之后，父子进程两个执行流分别执行。那个进程先执行由调度器决定
fork常规用法：
- 父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段。eg：父进程等待客户端请求，生成子进程处理请求。
- 一个进程要执行一个不同的程序。（进程替换，后面讲）
2. 写时拷贝
在进程地址空间这篇博客中也对写时拷贝进行了说明
OS为了提高效率，在创建子进程时会使用写时拷贝。本质就是按需申请，不会浪费系统资源
通过触发页表的可读权限，后续判断写入错误，发生写时拷贝，并更改权限
二、进程终止
前言——查看进程退出码
程序在执行完，无论正不正确都有一个退出码，可以查看
查看方式：
echo $?这个命令的意思就是查看 ? 的内容。
注：
- 查看最近一个进程或是命令运行结束的退出码，退出码保存在 ? 中。
- 先看程序是否异常，异常结束的退出码无意义
先实践一下：
#include <stdio.h>
int main()
{
printf("hello Linux!\n");
return 0;
}
查看退出码：
退出码是0，程序正常运行结束
1. 退出情况
- 正常运行，结果正确
- 正常运行，结果不正确
- 代码异常终止
第一种情况就不再实验
正常运行，结果不正确
先看程序是否异常，如果没有异常再看退出码。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
int main()
{
int *p = (int*)malloc(1000*1000*1000*4);
if(p == NULL)
{
printf("error msg:%s\n", strerror(errno));
exit(errno);
}
return 0;
}
查看退出码：
退出码是12，可见结果不正确。我们也打印了错误信息Cannot allocate memory
异常退出
退出码无意义。
进程出现异常，本质是我们的进程收到对应的信号
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 1, b = 0;
a = a / b;
return 0;
}
查看运行结果：
注： 第二次执行echo $? 发现结果是0。原因是上一次echo $?也是程序，并且是正常运行得到正常结果
在前面也说程序没有执行完就结束，是因为OS对进程发送了异常的信号。
测试一下：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
while(1)
{
printf("PID: %d\n", getpid());
sleep(1);
}
return 0;
}
测试结果：
对3330进程发送了11号信号，所以左边的会话弹出段错误，并且程序结束。
2. 退出码
父进程和用户可能会关心这个进程的运行结果，如果出错，那就要了解原因，而退出码对应着错误原因。退出码是程序执行结果和错误类型的一种有效表示方式。
C语言提供了两个函数和一个全局变量显示程序的错误信息。
strerror和errno
- strerror：查看系统对应的错误码信息
- errno：全局变量，strerror想要查看错误码信息，需要的错误码就是从errno来，程序出现结果不正确，错误码被设置，也就是errno被设置。
- 我们也可以自己设计一套对应的退出码
头文件：#include <string.h>
函数声明：char* strerror(int errnum)
参数：错误码（全局变量errno存放的就是错误码）
返回值：错误码对应的信息
代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
int main()
{
int *p = (int*)malloc(1000*1000*1000*4);
if(p == NULL)
{
printf("error msg:%s\n", strerror(errno));
exit(errno);
}
return 0;
}
运行结果：
系统中设置的错误码信息
一共133个非常多
测试代码：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
for(int i = 0; i < 140; i++)
{
printf("strerror[%d] -> msg:%s\n", i, strerror(i));
}
return 0;
}
运行结果： （注：没有全部截下来，太长了）
perror
测试代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
int main()
{
int *p = (int*)malloc(4*1000*1000*1000);
if(p == NULL)
{
perror("malloc error");
exit(errno);
}
return 0;
}
测试结果：
直接打印出错误信息。
可以这样理解：strerror+errno+printf == perror
异常信息
kill -l查看信号
kill -[信号编号] [进程PID]对指定进程发生信号
查看所有信号：
SIGHUP：挂起信号，通常由终端关闭或网络连接中断引起。用于通知进程重新加载配置文件或进行清理操作。
SIGINT：中断信号，通常由终端用户通过键盘输入Ctrl+C发送。用于请求进程终止。
SIGQUIT：退出信号，通常由终端用户通过键盘输入Ctrl+\发送。与SIGINT类似，但会生成核心转储文件。
SIGILL：非法指令信号，表示进程执行了一个非法的机器指令。
SIGTRAP：跟踪陷阱信号，用于调试目的。
SIGABRT：异常终止信号，通常由调用abort函数引起。
SIGBUS：总线错误信号，表示进程访问了无效的内存地址。
SIGFPE：浮点异常信号，表示进程执行了一个非法的浮点运算。
SIGKILL：强制终止信号，用于立即终止进程。不能被忽略或捕获。
SIGUSR1：用户自定义信号。
SIGSEGV：段错误信号，表示进程访问了无效的内存段。
SIGUSR2：用户自定义信号。
SIGPIPE：管道破裂信号，表示进程向一个已关闭的管道写入数据。
SIGALRM：闹钟信号，用于定时器操作。
SIGTERM：终止信号，用于请求进程正常终止。
SIGSTKFLT：协处理器栈错误信号。
SIGCHLD：子进程状态改变信号，用于通知父进程子进程的状态发生了改变。
SIGCONT：继续信号，用于恢复被SIGSTOP或SIGTSTP暂停的进程的执行。
SIGSTOP：停止信号，用于暂停进程的执行。
SIGTSTP：终端停止信号，通常由终端用户通过键盘输入Ctrl+Z发送。用于请求进程暂停。
SIGTTIN：后台读取信号，表示后台进程试图从终端读取数据。
SIGTTOU：后台写入信号，表示后台进程试图向终端写入数据。
SIGURG：紧急条件信号，表示进程收到了一个紧急数据。
SIGXCPU：CPU时间限制信号，表示进程超过了CPU时间限制。
SIGXFSZ：文件大小限制信号，表示进程试图创建一个超过文件大小限制的文件。
SIGVTALRM：虚拟定时器信号。
SIGPROF：性能分析器定时器信号。
SIGWINCH：窗口大小改变信号，表示终端窗口大小发生了改变。
SIGIO：异步I/O信号。
SIGPWR：电源故障信号。
SIGSYS：无效系统调用信号，表示进程执行了一个无效的系统调用。
信号部分，再进行介绍
3. 退出方法
exit和_exit
- exit
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
printf("hello Linux");
exit(0);
return 0;
}
代码运行结果：
- _exit
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
printf("hello Linux");
_exit(0);
return 0;
}
代码运行结果：
结论：通过结果发现exit刷新了缓冲区，_exit没有刷新缓冲区
exit和_exit的底层关系：
总结：
- exit是库函数，_exit是系统调用接口
- exit会刷新缓冲区，_exit不会刷新缓冲区
- C语言的exit的实现底层封装系统调用接口_exit
- 系统调用接口不刷新缓冲区，所以得出缓冲区不在内核中，在用户空间
注： exit和return的区别
- exit是直接退出进程，而return是函数的返回值
- 在main函数中的return与exit的作用相同。在其它函数return和exit作用不同
三、进程等待
1. 解决等待的三个问题
- 是什么？
通过系统调用wait/waitpid，对子进程进行状态检测与回收功能
- 为什么？
- 僵尸进程无法被kill -9杀死（因为僵尸进程已经死了），需要通过进程等待来杀掉它，进而解决内存泄漏问题。
- 可以通过进程等待，获取子进程的退出情况，可以了解子进程的任务完成情况。
- 总而言之，父进程可以通过等待，回收子进程资源，获取子进程退出信息，无论父进程是否关心这个信息。
- 怎么办？
父进程通过调用wait/waitpid进行子进程回收。
2. 系统调用
wait
头文件：
1. #include <sys/types.h>
2. #include <sys/wait.h>
函数声明：
pid_t wait(int *status);
参数：输出型参数，执行结束status会带出进程的退出状态（包括错误信息和异常信息）
返回值：成功返回所等待进程的pid，失败返回-1
参数为NULL
eg1:（简单使用）
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//child
printf("I am child, pid: %d\n", getpid());
}
else if(id < 0)
{
perror("fork:");
exit(errno);
}
else
{
sleep(5);
pid_t ID = wait(NULL);
if(ID == id)
{
printf("等待成功!\n");
}
else
{
printf("等待失败!\n");
}
}
sleep(3);
return 0;
}
预期结果：创建子进程，子进程执行完代码先等待三秒，然后父进程等待五秒，其中差额的两秒子进程进入僵尸状态，然后父进程休眠完之后等待成功，再等待三秒结束进程。
实验结果： （符合预期结果）
eg2：（多个子进程进行等待）
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#define N 3
void RunChild()
{
int cnt = 5;
while(cnt--)
{
printf("I am Child Process, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
}
}
int main()
{
for(int i = 0; i < N; i++)
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
RunChild();
exit(i);
}
printf("create child process:%d success\n", id); //这句话只有父进程才会执行
}
sleep(10);
//开始等待
for(int i = 0; i < N; i++)
{
pid_t id = wait(NULL);
if(id > 0)
{
printf("回收进程:%d->%d\n", i, id);
}
}
sleep(5);
return 0;
}
实验结果：在回收子进程的过程中，等到谁就释放谁
也可以使用
while :; do ps axj | head -1; ps axj | grep test | grep -v grep;sleep 1; done;查看进程状态
使用status参数
使用输出型参数status的原因：
- 因为进程间的独立性，所以父进程不能直接访问子进程
- 通过返回值返回的信息成功要返回子进程pid，无法再返回别的信息。
status：
- 该参数可以不设置，就如同上面直接用NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。
- 正常设置该参数，OS会根据该参数，将子进程的退出信息反馈父进程。
- status也不能用简单的整型看待，要从位图看待（只研究低16位）
退出信息位分布：（低16位）
来两个小demo测试一下：
正常终止：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//child
printf("I am child, pid: %d\n", getpid());
exit(11);
}
else if(id > 0)
{
//father
int status = 0;
pid_t ID = wait(&status);
if(ID == id)
{
printf("子进程的退出信息:%d\n", status);
printf("等待成功!\n");
}
else
{
printf("等待失败!\n");
}
}
else
{
perror("fork");
exit(11);
}
return 0;
}
运行结果：
异常终止：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//child
printf("I am child, pid:%d\n", getpid());
//出现异常
int *p = NULL;
*p = 0;
}
else if(id > 0)
{
int status = 0;
pid_t ID = wait(&status);
if(ID == id)
{
printf("子进程的退出信息：%d\n", status);
printf("等待成功!\n");
}
else
{
printf("等待失败!\n");
}
}
else
{
perror("fork:");
exit(errno);
}
return 0;
}
运行结果：
小结
根据上文的测试：大致可以观察到测试结果和退出信息的位分布结果是一致的。
如何从位中获得具体的退出状态或者终止信号
- 退出状态：(status >> 8) & 0xFF
- 终止信号：(status & 0x7F)
系统也提供了一些宏，来帮助获取退出状态与终止信号
- 判断是否正常退出：WIFEXITED
获取退出状态：WEXITSTATUS- 判断是否被信号终止：WIFSIGNALED
获取信号信息：WTERMSIG
根据上面的小结，再做一些小实验：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//child
printf("I am child, pid:%d\n", getpid());
//出现异常
int *p = NULL;
*p = 0;
}
else if(id > 0)
{
int status = 0;
pid_t ID = wait(&status);
if(ID == id)
{
if(WIFEXITED(status))
{
//printf("正常退出，退出状态：%d\n", WEXITSTATUS(status)); //和下面一条语句结果一样
printf("正常退出，退出状态：%d\n", (status >> 8) & 0xFF);
}
if(WIFSIGNALED(status))
{
//printf("异常退出，终止信号：%d\n", WTERMSIG(status)); //和下面一条语句结果一样
printf("异常退出，终止信号：%d\n", status & 0x7F);
}
printf("等待成功!\n");
}
else
{
printf("等待失败!\n");
}
}
else
{
perror("fork:");
exit(errno);
}
return 0;
}
运行结果：
注： 这个测试，只是测试了异常终止的代码，正常结束的程序就不再赘述了。
waitpid
头文件：
1. #include <sys/types.h>
2. #include <sys/wait.h>
函数声明：
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
参数：
pid:
1. pid = -1,等待任意一个子进程。与wait的作用一样
2. pid > 0。等待与pid相等的子进程
status：（该参数在wait部分已经详细介绍）
WIFEXITED：正常终止的子进程，则为真。（查看进程是否正常退出）
WEXITSTATUS：WEXITSTATUS不为0，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）
options：
WNOHANG：若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不进行等待。若正常结束，则返回该子进程pid
0：进行阻塞等待
WUNTRACED：如果子进程进入暂停状态就立刻返回。
返回值：
1. 当正常返回的时候waitpid返回的是收集到子进程的PID
2. 如果设置了第三个参数WNOHANG，而调用waitpid发现没有已退出的子进程可收集，则返回0
3. 调用出错，则返回-1，errno也会被设置
注： 在这里就不再对waitpid进行实验，在下一节内容顺带实验
3. 阻塞和非阻塞等待
阻塞等待：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
int main()
{
pid_t pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork");
exit(errno);
}
else if (pid == 0)
{
//child
printf("child Running, pid:%d\n", getpid());
sleep(5);
exit(140);
}
else
{
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0); //第一个参数代表任意子进程都可以再次等待，第三个参数就是阻塞等待
printf("wait......5s..\n");
if(WIFEXITED(status) && ret == pid)
{
printf("等待成功，ret_code:%d\n", WEXITSTATUS(status));
}
else
{
printf("等待失败!\n");
exit(errno);
}
}
return 0;
}
运行结果：
非阻塞等待：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#define TASK_NUM 10
typedef void(*task_t)(); //定义函数指针
task_t tasks[TASK_NUM]; //函数指针数组
void task1()
{
printf("执行打印日志的任务，pid:%d\n", getpid());
//...
}
void task2()
{
printf("检测网络健康状态的任务，pid:%d\n", getpid());
//...
}
void task3()
{
printf("绘制图形界面的任务，pid:%d\n", getpid());
}
int AddTask(task_t t);
//管理任务
void InitTask()
{
for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++)
{
tasks[i] = NULL;
}
AddTask(task1);
AddTask(task2);
AddTask(task3);
}
int AddTask(task_t t)
{
int pos = 0;
for(; pos < TASK_NUM; pos++) //寻找空位置
{
if(!tasks[pos])
break;
}
//再判断边界
if(pos == TASK_NUM)
return -1;
//插入任务
tasks[pos] = t;
return 0;
}
//执行任务
void ExecuteTask()
{
for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++)
{
if(!tasks[i]) //遍历指针数组
continue;
tasks[i]();
}
}
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
perror("fork");
exit(errno);
}
else if(id == 0)
{
//child
int cnt = 5;
while(cnt--)
{
printf("I am child, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n", getpid(), getppid(), cnt);
sleep(1);
}
exit(11);
}
else
{
int status = 0;
InitTask();
while(1) //非阻塞轮询
{
pid_t ret = waitpid(id, &status, WNOHANG); //阻塞只需要该WNOHANG为0即可
if(ret > 0)
{
if(WIFEXITED(status))
{
printf("代码正常跑完，退出码：%d\n", WEXITSTATUS(status));
}
else
{
printf("代码异常！\n");
}
break;
}
else if(ret < 0)
{
printf("wait failed!\n");
break;
}
else //轮询，处理别的任务
{
ExecuteTask();
sleep(1);
}
}
}
return 0;
}
代码运行结果：
总结： 阻塞等待和非阻塞等待
- 阻塞等待：直到子进程被等待成功，才会继续执行，否则就一直处于阻塞状态
- 非阻塞等待：无论能不能等待到子进程都进行返回，等待成功返回子进程pid，失败返回0
- 非阻塞等待相比阻塞等待，可以在子进程没结束的时候，做一些自己的事情。所以也称作非阻塞轮询
- wait函数就是阻塞等待，子进程不结束，就一直等
4. 进程等待的原理
- 子进程运行结束，父进程没有等待之前,子进程是为僵尸状态，其代码和数据先被释放，PCB保留在OS。
- 称为僵尸进程的子进程的PCB中有这样的两个变量，
int exit_code, exit_signal- 父进程调用系统调用wait进行等待，因为进程间的独立性，实际由OS获取这个两个变量，并写入输出型参数当中。
四、进程替换
1. 概念
进程替换：进程替换需要通过调用exec系列的函数，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执行。注：不会创建新的进程，会更新PCB，但是如进程的PID值这样的不会改变。很像是被小说中的大能夺舍，变得是灵魂，不变的是肉体。
2. exec函数族
exec系列函数：
头文件：#include <unistd.h>
返回值：
1. 函数调用成功，则加载新的程序，开始执行代码，不返回
2. 替换失败，返回-1.按照原先的代码继续运行。错误码被设置
①execl
函数声明：
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
参数：
1. path：指的是所要打开文件具体的路径
2. arg：所要打开的文件名
3. ...：可变参数列表，传的是具体选项，且以NULL结尾
测试：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//进行进程替换
int ret = execl("/usr/bin/ls", "ls", "-l", NULL);
//int ret = execl("ls", "ls", "-l", NULL); //这个填的路径是相对路径，就是相对当前路径来说
//执行ls -l命令
if(ret == -1)
{
printf("进程替换失败!\n");
}
}
return 0;
}
测试结果： （进程替换成功）
②execlp
函数声明：
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
参数：
1. file：指的是所要打开文件的路径，若不加路径，可以在当前路径和PATH环境变量下的路径寻找
2. arg：所要打开的文件名
3. ...：可变参数列表，传的是具体选项，且以NULL结尾
测试：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//进行进程替换
int ret = execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
//执行ls -l命令
if(ret == -1)
{
printf("进程替换失败!\n");
}
}
return 0;
}
测试结果：
③execle
函数声明：
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);
参数：
1. path：指的是所要打开文件具体的路径
2. arg：所要打开的文件名
3. ...：可变参数列表，传的是具体选项，且以NULL结尾
4. envp：新的环境变量数组，即新执行程序的环境变量
测试：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
printf("before exec: USER=%s, HOME=%s\n", getenv("USER"), getenv("HOME"));
char *const env[] = {(char *const)"USER=KKK", (char *const)"HOME=hhhh", NULL};
int ret = execle("./process", "process", NULL, env);
if(ret == -1)
{
perror("execle");
exit(11);
}
printf("After\n");
return 0;
}
替换的程序：
#include <stdio.h>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
int main()
{
printf("USER=%s\n", getenv("USER"));
printf("HOME=%s\n", getenv("HOME"));
return 0;
}
测试结果：
注意：因为一次编译了两个程序，所以我们在编译makefile时，要借用为目标，让其推到自己编译好两个程序
makefile文件：
.PHONY:ALL
ALL:test process
process:process.cpp
g++ -o $@ $^
test:test.c
gcc -o $@ $^ -std=c99
.PHONY:clean
clean:
rm -f test process
④execv
函数声明：
int execv(const char *path, char *const argv[]);
参数：
1. path：替换程序的路径
2. argv[]：保存的是参数列表，将可执行文件和参数保存到字符串数组中，最后以NULL结尾。
测试：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
char *const argv[] = { (char *const)"ls", (char *const)"-a", (char *const)"-l", NULL };
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
int ret = execv("/usr/bin/ls", argv);
if(ret == -1)
{
printf("进程替换失败!\n");
}
}
return 0;
}
测试结果：
⑤execvp
函数声明：
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
参数：
1. file:所要打开的文件路径（绝对和相对路径）。也可以在PATH环境变量下寻找
2. argv：保存的是参数列表，将可执行文件和参数保存到字符串数组中，最后以NULL结尾。
测试：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#define ARR_NUM 4
int main()
{
char *const argv[ARR_NUM] = { (char *const)"ls", (char *const)"-a", (char *const)"-l", NULL};
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
int ret = execvp("ls", argv);
if(ret == -1)
{
printf("进程替换失败!\n");
}
}
return 0;
}
测试结果：
⑥execvpe
该函数接口是GNU扩展，所以在使用的时候要加上
#define _GNU_SOURCE
函数声明：
int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);
参数：
1. file:指的是所要打开文件的路径，也可在环境变量PATH下寻找
2. argv:指的是所要打开文件的名及选项
3. envp：要传入的环境变量数组
测试代码：(test进程，其中子进程替换成process进程)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#define ARR_NUM 3
extern char** environ;
int main()
{
char *const argv[ARR_NUM] = { (char *const)"process", NULL };
char *str =(char *)"MY_VAL=449220104";
putenv(str);
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
int ret = execvpe("./process", argv, environ);
if(ret == -1)
{
printf("进程替换失败!\n");
}
}
return 0;
}
process:
#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{
for(int i = 0; env[i]; i++)
{
cout << "env[" << i << "]: " << env[i] << endl;
}
return 0;
}
测试结果比较长，这里就不展示了。前面再介绍execle函数时，也说了如何编译多个程序
小结
上面我们介绍了exec系列的六种函数接口。这六个函数接口都包含在库文件中，而在这六个接口的底层，无疑调用了系统调用，这个系统调用接口就是execve。
六个函数的命名理解：
l (list)：表示参数采用列表
v (vector)：参数用数组
p (path)：有p自动搜索环境变量PATH
e (env)：表示自己维护环境变量
| 函数接口 | 参数格式 | 是否带路径 | 是否使用当前环境变量 |
|---|---|---|---|
| execl | 列表 | 不是 | 是 |
| execlp | 列表 | 是 | 是 |
| execle | 列表 | 不是 | 需要自己组装环境变量 |
| execv | 数组 | 不是 | 是 |
| execvp | 数组 | 是 | 是 |
| execvpe | 数组 | 是 | 需要自己组装环境变量 |
| execve(系统调用) | 数组 | 不是 | 需要自己组装环境变量 |
代码：
#include <unistd.h>
int main()
{
char *const argv[] = { "ps", "-axj", NULL };
char *const envp[] = { "PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL };
execl("/bin/ps", "ps", "-axj", NULL);
//带p的，可以使用环境变量PATH
execlp("ps", "ps", "-axj", NULL);
//带e的，需要自己组装环境变量
execle("ps", "ps", "-axj", NULL, envp);
execv("/bin/ps", argv);
//带p的，可以使用环境变量PATH
execvp("ps", argv);
//带e的，需要自己组装环境变量
execve("/bin/ps", argv, envp);
//带p和e的
execvpe("ps", argv, envp);
return 0;
}
六个函数的关系图：（去掉了GNU扩展的那个函数）
3. 系统调用——execve
函数声明：
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
参数：
1. path：替换程序的路径
2. argv：保存的是参数列表，可执行文件和参数保存到字符串数组中，以NULL结尾
3. envp：新的环境变量数组
测试：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
char *const argv[] = { "ls", "-l", NULL };
char *const envp[] = { "PATH=/bin", NULL };
int ret = execve("/bin/ls", argv, envp);
if (ret == -1) {
perror("execve");
exit(EXIT_FAILURE);
}
return 0;
}
测试结果：
4. 总结
- 子进程被进程替换之后，不会影响父进程。
虽然说父子进程共享代码和数据，而进程替换也是替换代码和数据，但是本质是由OS再开一块物理空间，将页表的映射关系更改即可
- C代码可以替换C++程序是因为：操作系统对于正在运行的程序来说，无论是什么语言编写的，它们最终都会被操作系统视为进程来执行。最终都会被编译成机器码，以二进制形式存储在可执行文件中，当操作系统加载可执行文件并创建进程时，它会将这些机器码加载到内存中，并按照指令的顺序执行。
- 环境变量：子进程默认继承父进程的环境变量，但是进程的独立性，所以父子进程的环境变量也是相互独立的，子进程环境变量的修改不会影响父进程。eg：Shell的环境变量就是在用户登陆时从配置文件.bash_profile中加载
- 进程的入口：Linux形成的可执行程序是有格式的ELF格式，ELF格式定义了可执行文件的结构和布局。可执行程序被加载到内存时，OS会先读取可执行文件的表头。表头中包含程序的入口地址（程序开始执行的第一个指令的内存地址）
小知识：讲这个的原因，是因为说到了C代码可以替换C++程序，所以进行扩展
test.sh --> 全称.Shell --> Shell脚本
Shell脚本就是把Linux命令放到一个文件
开头-->#!(shebang-->用于指定脚本文件的解释器。作用就是告诉OS用那个解释器执行脚本文件) 所以要紧跟脚本语言对应的解释器。
-----------------------------------
test.py:
#!/usr/bin/python3
print("hello Python!")
-----------------------------------
test.sh:
#!/usr/bin/bash
function myfun()
{
cnt=1
while [ $cnt -le 10]
do
echo "hello $cnt"
let cnt++
done
}
echo "hello 1"
ls -a -l
myfun
-----------------------------------
替换上面的程序：
execl("/usr/bin/bash", "bash", "test.sh", NULL);
execl("/usr/bin/python3", "python3", "test.py", NULL);
