Linux下的系统编程——进程的执行与回收（八）

news2024/11/25 6:44:30

前言：

前面我们对进程已经有了一个初步的了解与认识，现在让我们学习一下进程中一些函数的具体使用，比如exec可以执行一些指定的程序，wait / waitpid可以回收子进程，什么是孤儿进程，什么是僵尸进程，下面让我们一起对这些进行中的操作进行学习吧

目录

一、exec函数族

1.execlp:

  2.execl:

3.execvp

4.exec函数族的一般规律：

二、回收子进程

1.孤儿进程：

2 .僵尸进程：

​编辑

3.wait：

4.waitpid

 5.waitpid回收多个子进程

一、exec函数族

将当前进程的.text、.data替换为所要加载的程序的.text、.data，然后让进程从新的.text第一条指令开始执行，但进程ID不变，换核丕换壳。
 

1.execlp:

    int execlp(const char *file, const char *arg, ...);        借助 PATH 环境变量找寻待执行程序

        参1： 程序名

        参2： argv0

        参3： argv1

        ...： argvN

        哨兵：NULL

该函数通常用来调用系统程序。如: ls、date、cp、cat等命令。
 

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

int main(int argc,char *argv[])
{
	int i;
	pid_t pid;        //创建子进程

	if(pid == -1){
		perror("fork error");
		exit(1);
	}else if(pid == 0){        //子进程
		//execlp("ls","-l","-d","-h",NULL);//错误写法

         /************************************/
		 execlp("ls","ls","-l","-h",NULL);    
         /************************************/

		perror("exec error");
		exit(1);
	}
	else if(pid > 0){        //父进程
		sleep(1);
		printf("I'm parent : %d\n",getpid());
	}
	return 0;
}

 

 date命令的实现：

execlp("date","date",NULL);

 

  2.execl:

 int execl(const char *path, const char *arg, ...);    自己指定待执行程序路径。（路径+程序名）

#include <stdio.h>


int main(int argc, char **argv)
{
	
	printf("Hello, %s!\n", argv[1]);
	
	printf("Hello, world!\n");
	
	return 0;
}


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

int main(int argc,char *argv[])
{
	int i;
	pid_t pid;     //创建子进程

	if(pid == -1){
		perror("fork error");
		exit(1);
	}else if(pid == 0){    //子进程
		//execlp("ls","-l","-d","-h",NULL);
		//execlp("date","date",NULL);

         /************************************/
		 execl("./a.out","./a.out","linux",NULL);
         /************************************/

		perror("exec error");
		exit(1);
	}
	else if(pid > 0){    //父进程
		sleep(1);
		printf("I'm parent : %d\n",getpid());
	}
	return 0;
}

3.execvp

加载一个进程，使用自定义环境变量env


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

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

int main(int argc,char *argv[])
{
	int i;
	pid_t pid;            创建子进程

	if(pid == -1){
		perror("fork error");
		exit(1);
	}else if(pid == 0){        //子进程
		//execlp("ls","-l","-d","-h",NULL);
		//execlp("date","date",NULL);
		//execl("./a.out","./a.out","linux",NULL);
		
        /************************************/
		char *argv[] = {"date",NULL};
		execvp("date",argv);
        /************************************/

		perror("exec error");
		exit(1);
	}
	else if(pid > 0){         //父进程
		sleep(1);
		printf("I'm parent : %d\n",getpid());
	}
	return 0;
}

4.exec函数族的一般规律：

        l:命令行参数列表

        p:使用PATH环境变量

        v:使用命令行参数数组

        exec函数一旦调试成功即执行新的程序，不返回。只要失败才返回，错误值-1。所以通常我们直接在exec函数调用后调用 perror()和exit()。无需if判断。· 

二、回收子进程

1.孤儿进程：

父进程死亡子进程进孤儿院

        孤儿进程:父进程先于子进程结束，则子进程成为孤儿进程，子进程的父进程成为init进程，称为init进程领养孤儿进程。
模拟孤儿进程：

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

int main(void)
{
    pid_t pid;
    pid = fork();

    if (pid == 0) {
        while (1) {
            printf("I am child, my parent pid = %d\n", getppid());
            sleep(1);
        }
    } else if (pid > 0) {
        printf("I am parent, my pid is = %d\n", getpid());
        sleep(9);
        printf("------------parent going to die------------\n");
    } else {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    return 0;
}

 查看进程状态：ps ajx

 进程孤儿院：

  1   2035   2035   2035 ?            -1 Ss    1001   0:00 /lib/systemd/systemd --user

 解决方法：

                 杀死子进程：     kill -9 4871

2 .僵尸进程：

子进程死亡，父进程一直不管 

        僵尸进程:进程终止，父进程尚未回收，子进程残留资源（PCB）存放于内核中，变成僵尸(zombie）进程。（死亡以后没有回收）

        特别注意，僵尸进程是不能使用kill命令清除掉的。因为kill命令只是用来终止进程的，而僵尸进程已经终止。

模拟僵尸进程：

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

int main(void)
{
    pid_t pid;
    pid = fork();

    if (pid == 0) {
        printf("---child, my parent= %d, going to sleep 10s\n", getppid());
        sleep(10);
        printf("-------------child die--------------\n");
    } else if (pid > 0) {
        while (1) {
            printf("I am parent, pid = %d, myson = %d\n", getpid(), pid);
            sleep(1);
        }
    } else {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    return 0;
}

  查看进程状态：ps ajx

 解决方法：

        杀死父进程：   kill -9 4770

*3.wait：

    wait函数：    回收子进程退出资源， 阻塞回收任意一个。

    pid_t wait(int *status)

    

    参数：（传出） 回收进程的状态。

    返回值：成功： 回收进程的pid

                   失败： -1， errno

    函数作用1：    阻塞等待子进程退出

    函数作用2：    清理子进程残留在内核的 pcb 资源

    函数作用3：    通过传出参数，得到子进程结束状态

    
    获取子进程正常终止值：

        WIFEXITED(status) --》 为真 --》调用 WEXITSTATUS(status) --》 得到 子进程 退出值。

    获取导致子进程异常终止信号：

        WIFSIGNALED(status) --》 为真 --》调用 WTERMSIG(status) --》 得到 导致子进程异常终止的信号编号。

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

int main(void)
{
    pid_t pid, wpid;
    int status;

    pid = fork();
    if (pid == 0) {
        printf("---child, my id= %d, going to sleep 10s\n", getpid());
        sleep(10);
        printf("-------------child die--------------\n");
        return 73;
    } else if (pid > 0) {
        //wpid = wait(NULL);          // 不关心子进程结束原因
        wpid = wait(&status);       // 如果子进程未终止,父进程阻塞在这个函数上
        if (wpid == -1) {
            perror("wait error");
            exit(1);
        }
        if (WIFEXITED(status)) {        //为真,说明子进程正常终止. 
            printf("child exit with %d\n", WEXITSTATUS(status));

        }
        if (WIFSIGNALED(status)) {      //为真,说明子进程是被信号终止.

            printf("child kill with signal %d\n", WTERMSIG(status));
        }

        printf("------------parent wait finish: %d\n", wpid);
    } else {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    return 0;
}

正常终止：

被信号终止：

*4.waitpid

waitpid函数：    指定某一个进程进行回收。可以设置非阻塞。          

    waitpid(-1, &status, 0) == wait(&status);

    pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options)

    

参数：
        pid：指定回收某一个子进程pid

            > 0: 待回收的子进程pid

            -1：任意子进程

            0：同组的子进程。

        status：（传出） 回收进程的状态。

        options：WNOHANG 指定回收方式为，非阻塞。

  

 返回值：

        > 0 : 表成功回收的子进程 pid

        0 : 函数调用时， 参3 指定了WNOHANG， 并且，没有子进程结束。

        -1: 失败。errno

回收任意子进程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
	int i;
	pid_t pid,wpid;
	for(i = 0;i < 5;i++){
		if(fork()==0)       //循环期间，子进程不fork
			break;
	}
	if(i == 5){           //父进程
        
        //wait(NULL);//一次wait/waitpid函数调用，只能回收一个子进程
        /*****************************************/
		wpid = waitpid(-1,NULL,WNOHANG);//回收任意子进程，没有结束的子进程，父进程直接返回0
        /****************************************/

		if(wpid == -1)
		{
			perror("waitpid error");
			exit(1);
		}
		printf("I'm parent ,wait a child finish :%d\n",wpid);
	}else{            //子进程，从break跳出
		sleep(i);
		printf("I'm %dth child\n",i+1);
	}
	return 0;
}


回收指定进程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
	int i;
	pid_t pid,wpid,tmpid;
	for(i = 0;i < 5;i++){
		pid = fork();
		if(pid == 0){       //循环期间，子进程不fork
			break;
		}
        if(i == 2){
           	tmpid = pid;
			printf("*************pid= %d***************\n",pid);
		}
	}
	if(i == 5){           //父进程,从表达式2跳出
        sleep(5);		  //设置睡眠，等所有子进程结束后再回收

        //wait(NULL);	   //一次wait/waitpid函数调用，只能回收一个子进程
        //wpid = waitpid(-1,NULL,WNOHANG);     //回收任意子进程，没有结束的子进程，父进程直接返回0
		printf("I am parent , before waitpid , pid = %d\n",tmpid);

        /********将前面sleep(5)屏蔽***************/
		//wpid = waitpid(tmpid,NULL,0);         //指定一个进程回收，阻塞回收
        /****************************************/
        
        /*****************************************/
		wpid = waitpid(tmpid,NULL,WNOHANG);     //指定一个进程回收，不阻塞
        /****************************************/

		if(wpid == -1)
		{
			perror("waitpid error");
			exit(1);
		}
		printf("I'm parent ,wait a child finish :%d\n",wpid);	//wpid回收的是真正的子进程id
	}else{            //子进程，从break跳出
		sleep(i);
		printf("I'm %dth child，pid = %d\n",i+1,getpid());
	}
	return 0;
}

注意：

        一次wait/waitpid调用只能回收一个子进程，无法回收他孙子辈的进程，多次清理需要while

 5.waitpid回收多个子进程

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
	int i;
	pid_t pid,wpid;
	for(i = 0;i < 5;i++){
		pid = fork();
		if(pid == 0){       //循环期间，子进程不fork
			break;
		}
	}
	if(i == 5){    //父进程
		/**********使用阻塞回收子进程********/

		while((wpid = waitpid(-1,NULL,0))){
			printf("wait child %d\n",wpid);
		}

		/***********************************/
	}else{        //子进程
		sleep(i);
		printf("I'm %dth child ,pid =%d\n",i+1,getpid());
	}

   	return 0;
}

结束一个回收一个

之后返回-1，表示没有失败了

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
	int i;
	pid_t pid,wpid;
	for(i = 0;i < 5;i++){
		pid = fork();
		if(pid == 0){       //循环期间，子进程不fork
			break;
		}
	}
	if(i == 5){
		/*********使用阻塞回收子进程***********/
		/*
		while((wpid = waitpid(-1,NULL,0))){
			printf("wait child %d\n",wpid);
		}
		*/
		/***********************************/
		
        /*******使用非阻塞方式回收子进程******/

		while((wpid = waitpid(-1,NULL,WNOHANG)) != -1){
			if(wpid > 0){	
				printf("wait child %d\n",wpid);
			}else if(wpid == 0){
				sleep(1);
				continue;
			}
        /************************************/

		}

	}else{
		sleep(i);
		printf("I'm %dth child ,pid =%d\n",i+1,getpid());
	}

   	return 0;
}

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