Linux系统编程05

在代码中启动多个进程

使用system库函数启动多个进程
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传统的进程调用就是我们在命令框里输入运行某个进程，而我们可以依靠代码，实现让一个进程取启动另一个进程

在进程运行过程我们使用命令ps -elf看到正在运行的有三个进程

system的调用过程
首先./system进程通过system库函数创建sh -c进程，在通过sh -c进程来启动./sleep进程，因此就有上面说的有桑格进程在运行，然后./sleep进程运行结束，跳回sh -c进程，进程在结束，跳回./system进程执行后续操作
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fork系统调用启动多个进程

在执行了fork指令之后，进程就会将自己复制一份一摸一样的进程出来，里面的代码段，pc指针都相同,这两个进程一个是父进程，一个是子进程，在父进程和子进程中已执行指令和未执行执行指令都是相同的，这个时候如果我们不加以控制这两个进程就会并行的执行相同的指令。
父进程中的fork的放回值是子进程的pid,子进程中的fork返回值是0，这样我们就可以按照其返回值进行判断，让不同的进程走向不同的分支，实现不同的代码

我们可以看到父进程由命令行（bash分支）创建

深入fork

fork实现的底层原理
（1）fork调用的时候回拷贝一份task_struct
（2）子进程修改一些必要数据
（3）加入到就绪队列

第一步和第二步不可抢占，时间尽可能短，我们称为进程调用的上半部；第三步是可以抢占的，执行这个操作的时间可以长，我们称为下半部

系统调用是怎样实现的

用户态下不能执行所有的指令，因此cpu的使用状态分为用户态和内核态

需要调用硬件的功能或者硬件发生一些事件，此刻cpu状态就会处于内核态进行处理

硬件中断（用户态—>内核态）

fork的性能
上面那我们说过在执行fork指令之后，进程会复制一个和自己完全一样的进程出来，那么复制出来的进程和我们原来的进程是怎么使用内存空间的呢，这是一个问题，因此fork在进行复制时，其实不会给新的进程分配物理空间，当我们只进行读取操作这样对两个进程都没有影响，但是当某个进程执行写操作，需要修改进程内存中的数据，就会在复制一个修改数据之前的数据块，分配物理内存，让另外一个进程指向这个内存空间
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fork的拷贝

在逻辑上，父子进程的用户态空间（栈，堆，数据段）是拷贝的
在代码中可以看到我们先让父进程睡眠等待子进程输出完毕以及更改数据完毕再执行父进程，但是我们再子进程中修改的数据只影响了子进程中的输出，并没有改变父进程中的数据输出，再次验证了用户态空间（栈，堆，数据段）不是共享的，是拷贝的
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FILE的拷贝

printf的本质：往stdout中写入内容，遇到换行\n或者缓冲区满的时候将数据拷贝到内核文件对象中

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内核态是拷贝还是共享

对于文件对象父进程和子进程是共享的，标准输出输入设备父子进程也都是共享的

exec(系统调用)函数族

exec将一个可执行程序加载到本能地进程的地址空间
调用exec会清空数据（栈，堆，数据段），将函数参数中的pathname加载进来，取代原来的代码段，重置PC指针

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图中标注出来的是需要重点掌握的函数execl l是指list，是可变参数,execv v是指vector元素为指针的数组

execl参数含义：pathname指明可执行参数的路径；第二个或者更多的参数表示要调用程序所需要携带的参数，NULL值表示参数输入完毕，我们也可以看到我们执行了两个程序，但是只使用了一个进程
execl用法

execv用法

以上的方法也可以用system函数实现

使用strtok分割字符串
第一个参数是传入传出参数，只能使用字符数组，不能只用字面值

wait

在上面使用fork将进程复制为父子进程的示例中，我们可以看到我们在执行父进程程序之前我们是先对父进程使用sleep(1)让父进程睡眠1秒

在执行，那我们为什么要给父进程执行sleep(1)指令呢，如果不执行又是什么情况，下面是如果不对不父进程执行sleep(1)的输出结果。

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看输出结果父子进程的pid没有问题，但是（1）子进程的ppid有问题；（2）以及子进程打印信息的位置有问题，现在子进程打印的位置在命令提示行之后，显示错乱。并且我们可以看到程序先打印了父进程的指令，再打印执行子进程程序，这样导致子进程执行完毕要回收资源时找不到父进程

这就涉及到进程的退出；在linux里进程退出之后其资源的回收由其父进程回收（调用wait ）

我们可以使用wait函数让父进程在子进程销毁之后为子进程回收资源，这样进程的运行又回归正常

子进程未终止，父进程已终止；这样的进程我们称之为孤儿进程，他们需要重新找其他进程作为自己的父进程，一啊不能都是找1进程作为父进程

子进程终止的时候，父进程一直不调用wait，此时进程已经死亡，但是资源还没回收，这样的进程我们称之为僵尸进程

使用wait获取子进程的退出状态

可以根据下面的宏来检测是否为正常退出
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可以获取我们的返回值进行放回

我们用9号信号杀死进程，便会打印出其时非正常退出
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wait的缺陷：假如一个父进程有多个子进程，那么wait只能等一个子进程死

waitpid

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options可以设置属性，可以设置的值WNOHANG，WNOHANG的作用，过一段时间回来查看以下子进程是否死亡，如果死亡就为子进程回收资源，如果没死那么在过一会再来看，
如果加上WNOHANG属性，那么如果子进程终止返回0；如果进程已终止，就会回收资源
非阻塞通常配合循环使用
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