UNIX进程控制（二）

进程标识

每个进程都有一个非负整数表示的唯一进程ID。常将其用作其他标识符的一部分以保证其唯一性。例如：应用程序有时就把进程ID作为名字的一部分来创建一个唯一的文件名。
系统中有一些专用进程，但具体细节随实现而不同。ID 0的进程通常是调度进程，常常被称为交换进程(swapper)。该进程是内核的一部分，他不执行任何磁盘上的程序，所以称为系统进程。进程ID 1通常是init进程…
每个UNIX系统实现都有他自己的一套提供操作系统服务的内核进程，例如：某些UNIX的虚拟存储器实现中，进程ID 2是页守护进程，负责支持虚拟存储器系统的分页操作。
除了进程ID，每个进程还有一些其他的标识符，下列函数返回这些标识符。

include<unistd.h>
pid_t getpid(void);						//返回值：调用进程的进程ID
pid_t getppid(void);					//返回值：调用进程的父进程ID
uid_t getuid(void);						//返回值：调用进程的实际用户ID
uid_t geteuid(void);					//返回值：调用进程的有效用户ID
gid_t getgid(void);						//返回值：调用进程的实际组ID
gid_t getegid(void);					//返回值：调用进程的有效组ID

注意：这些函数都没有出错返回。

函数fork

#include<unistd.h>

pid_t fork(void);

功能：一个现有的进程可以通过fork函数创建新进程

返回值：子进程返回0，父进程返回子进程ID；若出错，返回-1

注意：子进程是父进程的副本。子进程获得父进程的数据空间、堆、栈、I/O流(共享文件指针和文件描述符)、缓冲区的拷贝等，与父进程共享代码段。

int main(void)  
{  
   int i=0;  
   for(i=0;i<3;i++){  
       pid_t fpid=fork();  
       if(fpid==0)  
           printf("son/n");  
       else  
           printf("father/n");  
   }  
   return 0;  
  
}

这里就不做详细的解释了，只做一个大概分析。

fork通常有以下两种用法：
1、一个父进程希望复制自己，使父进程和子进程同时执行不同的代码段。这在网络服务进程中是常见的
——父进程等待客户端的服务请求。当这种请求到达时，父进程调用fork，使子进程处理该请求。父进程则继续等待下一个服务请求。
2、一个进程要执行一个不同的程序。这对shell是常见的情况。在这种情况下，子进程从fork返回后立即调用exec。

vfork函数

vfork函数与fork函数功能基本一致。
区别：
1、通过vfork创建的进程不复制父进程的地址空间(数据段、BSS段、堆、栈、I/O流（共享文件指针和文件描述符）、缓冲区)，因为子进程会立即调用exec。
2、vfork保证子进程先运行，在它调用exec或exit之后父进程才能被调度运行，当子进程调用这两个函数中的任意一个时，父进程会恢复运行。

exec系列函数

int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execle(const char *path, const char *arg, ...,char * const envp[]);
int execve(const char *path, char *const argv[],char *const envp[]);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int fexecve(int fd, char *const argv[],char *const envp[]);

这些函数之间的第一个区别是前四个函数取路径名作为参数，后两个函数取文件名作为参数，最后一个取文件描述符作为参数。
在很多UNIX实现中，这7个函数只有execve是内核系统调用。另外六个是库函数，他们最终都要调用该系统调用。这七个函数之间的关系如下图

exec函数实例：

#include<stdio.h>
#include<sys/wait.h>
#include<unistd.h>
char* env_init[] = {"USER=unknow","PATH=/temp",NULL};
int main()
{
	pid_t pid;
	if(pid=fork()<0)
	{
		err_sys("fork error");
	}
	else if(pid==0)
	{
		if(execle("/home/sar/bin/echoall","echoall","myarg1","MY ARG2",(char *)0,env_init)<0)
		{
			err_sys("execle error");
		}
		if(waitpid(pid,NULL,0)<0)
		{
			err_sys("wait error");
		}
		if(pid=fork()<0)
		{
			err_sys("fork error");
		}else if(pid==0)
		{
			if(execlp("echoall","echoall","only 1 arg",(char *)0)<0)
			{
				err_sys("execlp error");
			}
		}
	}
	exit(0);
}

函数wait和waitpid

当一个进程正常或异常终止时，内核就向其父亲发送SIGCHLD信号。因为子进程终止是异步事件，所以这种信号也是内核向父进程发的异步通知。

调用wait或waitpid函数的进程会发生什么？
● 如果其所有进程都还在运行，则阻塞。
● 如果一个子进程已终止，正等待父进程获取其终止状态，则取得该子进程的终止状态立即返回。
●如果它没有任何进程，则立即出错返回。

pid_t wait(int *statloc);
功能：等待所有子进程结束，并获取到最终的状态码。只要有一个进程结束就立即返回。

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

功能：等待指定的进程结束，并获取到最终的状态码。

statloc是一个整形指针。如果statloc不是一个空指针，则终止进程的终止状态就存放在它所指向的单元里。如果不关心终止状态，可将参数指定为空指针。

POSIX.1规定，终止状态用定义在<sys/wait.h>中的各个宏来查看，有4个互斥的宏可用来取得进程终止的原因，它们的名字都以WIF开始。

宏	说明
WIFEXITED	若为正常终止子进程返回的状态，则为真。对于这种情况，可执行WEXITSTATUS，获取子进程传送给exit或_exit参数的低8位
WIFSIGNALLED	若为异常终止子进程返回的状态，则为真
WIFSTOPPED	若为当前暂停子进程的返回的状态，则为真
WIFCONTINUED	若在作业控制暂停后已经继续的子进程返回了状态，则为真

关于waitpid函数中pid参数的作用解释

pid==-1	等待任一子进程，此种情况下,waitpid与wait等效
pid>0	等待进程ID与pid相等的子进程
pid==0	等待组ID等于调用进程组ID的任一子进程
pid<-1	等待组ID等于pid绝对值的任一子进程

options参数使我们能进一步控制waitpid的操作

常量	说明
WCONTINUED	由pid指定的子进程停止后已经继续，但其状态尚未报告，则返回其状态
WNOHANG	若由pid指定的子进程并不是立即可用的，则waitpid不阻塞，此时返回0
WUNTRACED	由pid指定的子进程已停止，但其状态尚未报告，则返回其状态

这两个函数的区别：
1、子一个子进程终止前，wait使其调用者阻塞，而waitpid有一个选项，可使调用者不阻塞。
2、waitpid并不等待在其调用之后的第一个终止子进程，他又若干个选项，可控制所等待的进程。

函数system

int system(const char *cmdstring)

功能：执行系统命令，也可以加载可执行程序。

因为system在实现中调用了fork、exec、waitpid，所以有3种返回值
(1)、fork失败或者waitpid返回除EINTR之外的出错，则sysytem返回-1，并且设置errno以指示错误类型。
(2)、如果exec失败，则其返回值如同shell执行了exit(127)一样。
(3)、三个函数都成功，那么返回值是shell的终止状态。

进程终止

有8种方式使进程终止，其中5种为正常终止，它们是：
(1)、从main函数返回；
(2)、调用exit函数；
(3)、调用_exit或_Exit；
(4)、最后一个线程从其启动例程返回；
(5)、从最后一个线程调用pthread_exit；
异常终止有3种方式，它们是
(6)、调用abort；
(7)、接收到一个信号；
(8)、最后一个线程对取消请求做出响应。

void exit(int status);

功能：调用者立即结束该进程

status：退出状态码，可以在父进程中获取到，子进程留给父进程的遗言

退出前会做的事情：
1、先调用所有事先注册的函数(通过 atexit/on_exit 注册的)
int atexit(void (*function)(void));
功能：注册一个函数，当进程通过exit函数结束时调用
function：函数指针，无返回值无参数
返回值：成功为0，失败-1
int on_exit(void (*function)(int , void *), void *arg)；
功能：注册一个函数，当进程通过exit函数开始结束时调用
function：函数指针，无返回值，参数1为exit函数的参数，参数2为on_exit的第二个参数。
arg：当function函数被调用是传递给它第二参数
2、冲刷所有处在未关闭状态的标准I/O流
3、返回一个整数( 0 (EXIT_SUCCESS) / 1 (EXIT_FAILURE) )给操作系统
4、该函数不会返回，它的功能实现借助了_exit/_Exit
注意：atexit 和 on_exit 注册的函数都会加入同一个栈结构中，谁最后登记的谁最先执行，他们的区别只有注册的函数格式不同。

#include <unistd.h>

void _exit(int status);

#include <stdlib.h>

void _Exit(int status);//调用了系统的_exit（为了兼容）

功能：调用的进程会结束，没有返回值。

status：会被父进程获取到（低八位，一个字节）。

说明：
1、进程结束前会关闭所有处于打开状态的文件描述符
2、把所有的子进程托付给孤儿院init
3、向它的父进程发送SIGCHLD信号。
注意：exit函数也会执行以上操作，因为它底层调用了_exit/_Exit

进程时间

任一进程都可以调用times函数获得它自己以及已终止子进程的上述值。

#include <sys/times.h>

clock_t times(struct tms *buf);

此函数填写由buf指向的tms结构，该结构定义如下

struct tms {
               clock_t tms_utime;  /* user time */
               clock_t tms_stime;  /* system time */
               clock_t tms_cutime; /* user time of children */
               clock_t tms_cstime; /* system time of children */
           };

UNIX进程控制（二）

进程标识

函数fork

vfork函数

exec系列函数

函数wait和waitpid

函数system

进程终止

进程时间

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