【Linux操作系统】深入探索Linux进程:创建、共享与管理

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进程的创建是Linux系统编程中的重要概念之一。在本节中,我们将介绍进程的创建、获取进程ID和父进程ID、进程共享、exec函数族、wait和waitpid等相关内容。
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1. 进程的创建

在Linux系统中,进程的创建使用fork()系统调用。fork()系统调用会创建一个与当前进程相同的子进程,子进程会复制父进程的所有资源,包括代码、数据和文件描述符等。


1.1 函数原型和返回值

fork()函数的原型如下:

#include <unistd.h>

pid_t fork(void);

fork()函数 没有任何参数 ,它的返回值是一个pid_t类型的整数。具体解释如下:

  • 如果调用成功,fork()函数会在父进程中返回子进程的PID(子进程ID),在子进程中返回0。
  • 如果调用失败,fork()函数会返回-1,并设置errno来指示错误类型。

1.2 函数示例

代码示例如下:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        printf("Failed to fork a new process.\n");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        printf("This is the child process.\n");
    } else {
        printf("This is the parent process.\n");
    }
    return 0;
}

上述代码中,fork()系统调用会返回两次,分别在父进程和子进程中返回。通过判断返回值,我们可以区分父进程和子进程,并执行不同的代码逻辑。



2. 获取进程ID和父进程ID

在Linux系统中,可以使用getpid()getppid()系统调用来获取当前进程的ID和父进程的ID。


2.1 函数原型和返回值

getpid()getppid()函数的原型如下:

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);

这两个函数都 没有任何参数 ,它们的返回值都是一个pid_t类型的整数。具体解释如下:

  • getpid()函数返回调用进程的进程ID(PID)。
  • getppid()函数返回调用进程的父进程的进程ID(PPID)。

2.2 函数示例

代码示例如下:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = getpid();
    pid_t ppid = getppid();
    printf("Process ID: %d\n", pid);
    printf("Parent Process ID: %d\n", ppid);
    return 0;
}


3. exec函数族

在Linux系统中,exec()函数族可以用于将当前进程替换为新的程序。exec()函数族包括execl()execv()execle()execve()等函数。这些函数可以根据不同的参数形式来执行不同的替换方式。


3.1 exec()函数族的常见成员:

  1. int execl(const char *path, const char *arg, ...);

    • 参数 path 是要执行的新程序的路径。
    • 参数 arg 是一个字符串,表示新程序的第一个参数。
    • 可变参数列表是新程序的其他参数,必须以 NULL 结束。
    • 函数执行成功时不会返回,如果返回则表示执行失败。

  2. int execv(const char *path, char *const argv[]);

    • 参数 path 是要执行的新程序的路径。
    • 参数 argv 是一个字符串数组,表示新程序的参数列表,最后一个元素必须是 NULL
    • 函数执行成功时不会返回,如果返回则表示执行失败。

  3. int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);

    • 参数 path 是要执行的新程序的路径。
    • 参数 arg 是一个字符串,表示新程序的第一个参数。
    • 可变参数列表是新程序的其他参数,必须以 NULL 结束。
    • 参数 envp 是一个字符串数组,表示新程序的环境变量列表,最后一个元素必须是 NULL
    • 函数执行成功时不会返回,如果返回则表示执行失败。

  4. int execvp(const char *file, char *const argv[]);

    • 参数 file 是要执行的新程序的文件名。
    • 参数 argv 是一个字符串数组,表示新程序的参数列表,最后一个元素必须是 NULL
    • 函数执行成功时不会返回,如果返回则表示执行失败。

这些函数在执行成功时不会返回,而是直接将当前进程替换为新程序。如果返回,则表示执行失败,可以根据返回值来判断错误类型。

exec()函数族可以用于在当前进程中加载和执行新程序,可以实现程序的动态切换和功能扩展。一般情况下,exec()函数族会在调用fork()函数创建子进程后使用,以替换子进程的代码和数据。


3.2 函数示例

代码示例如下:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    printf("Before exec()\n");
    execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);
    printf("After exec()\n");
    return 0;
}

上述代码中,execl()函数会将当前进程替换为ls -l命令。execl()函数的第一个参数是要执行的程序路径,后续参数是传递给新程序的命令行参数。



4. wait和waitpid

在Linux系统中,父进程可以使用wait()waitpid()系统调用等待子进程的结束。这些系统调用会阻塞父进程的执行,直到子进程结束。


4.1 函数解释

wait()waitpid()是用于等待子进程结束并获取子进程的退出状态的函数。

  1. pid_t wait(int *status);

    • 函数会挂起当前进程,直到一个子进程结束。
    • 如果成功等到子进程结束,函数会返回子进程的进程ID。
    • 参数 status 是一个指向整型的指针,用于存储子进程的退出状态信息。
    • 如果调用失败,函数会返回-1。

  2. pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

    • 函数会挂起当前进程,直到指定的子进程结束。
    • 参数 pid 指定要等待的子进程的进程ID。
    • 参数 status 是一个指向整型的指针,用于存储子进程的退出状态信息。
    • 参数 options 是一个整型值,用于指定等待的选项。
    • 如果调用失败,函数会返回-1。

wait()waitpid()函数的返回值是子进程的进程ID,如果调用失败,则返回-1。通过参数 status 可以获取子进程的退出状态信息,包括退出码、终止信号等。

waitpid()函数相比于wait()函数更加灵活,可以通过参数 pidoptions 控制等待的子进程。

其中,pid 的取值可以是:

  • -1:等待任意子进程。
  • 0:等待与当前进程组ID相同的子进程。
  • 具体的子进程ID:等待指定的子进程。

options 参数可以通过位掩码的方式指定多个选项,常用的选项有:

  • WNOHANG:非阻塞方式,如果没有子进程结束,立即返回。
  • WUNTRACED:也会返回已经停止的子进程的状态。
  • WCONTINUED:也会返回已经继续运行的子进程的状态。

wait()waitpid()函数可以用于处理子进程的退出状态,释放子进程的资源,并进行进程间的同步。在使用这两个函数时,需要注意处理错误情况和避免僵尸进程的产生。


4.2 函数示例

代码示例如下:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        printf("Failed to fork a new process.\n");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        printf("This is the child process.\n");
    } else {
        wait(NULL);
        printf("This is the parent process.\n");
    }
    return 0;
}

上述代码中,父进程使用wait(NULL)系统调用等待子进程的结束。wait()系统调用会阻塞父进程的执行,直到子进程结束。



总结

  1. fork()函数:用于创建子进程,返回值不同表示在不同的进程中执行。
  2. exec()函数族:用于在当前进程中加载和执行新程序,可以实现程序的动态切换和功能扩展。
    • execl():接受可变参数的形式,参数以字符串形式传递。
    • execle():接受可变参数的形式,同时传递环境变量。
    • execvp():接受参数数组的形式,参数以字符串数组形式传递。
  3. wait()waitpid()函数:用于等待子进程结束并获取子进程的退出状态。
    • wait():等待任意子进程结束。
    • waitpid():可以指定等待的子进程。
    • 通过参数 status 可以获取子进程的退出状态信息。
    • 可以通过 options 参数控制等待的选项,如非阻塞方式等。
    • 需要注意处理错误情况和避免僵尸进程的产生。

这些函数和系统调用可以用于进程的创建、执行和等待,实现进程间的同步和协作。通过这些函数,可以实现进程的动态切换、功能扩展和资源释放。同时,需要注意处理错误情况,避免产生僵尸进程和资源泄漏的问题。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-654743.html

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