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Android C++ 系列:Linux 进程 (二)

作者:轻口味
  • 2021 年 11 月 22 日
  • 本文字数:2612 字

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Android C++系列:Linux进程(二)

1. fork

#include <unistd.h> pid_t fork(void);
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子进程复制父进程的 0 到 3g 空间和父进程内核中的 PCB,但 id 号不同。 fork 调用一次返回两次


  • 父进程中返回子进程 ID

  • 子进程中返回 0

  • 读时共享,写时复制


#include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h>int main(void) {  pid_t pid;   char *message;   int n;  pid = fork();   if (pid < 0) {    perror("fork failed");    exit(1);   }  if (pid == 0) {    message = "This is the child\n";     n = 6;  } else {    message = "This is the parent\n";     n = 3;  }  for(; n > 0; n--) {    printf(message);    sleep(1);   }  return 0;  }
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1.1 进程相关函数

#include <sys/types.h> #include <unistd.h>pid_t getpid(void); //返回调用进程的PID号pid_t getppid(void); //返回调用进程父进程的PID号
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getpid/gteppid


#include <unistd.h> #include <sys/types.h>uid_t getuid(void); //返回实际用户ID uid_t geteuid(void); //返回有效用户ID
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getuid


#include <unistd.h> #include <sys/types.h>gid_t getgid(void); //返回实际用户组ID gid_t getegid(void); //返回有效用户组ID
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getgid


vfork


  • 用于 fork 后马上调用 exec 函数

  • 父子进程,共用同一地址空间,子进程如果没有马上 exec 而是修改了父进程出得到的变量值,此修改会在父进程中生效

  • 设计初衷,提高系统效率,减少不必要的开销

  • 现在 fork 已经具备读时共享写时复制机制,vfork 逐渐废弃

2. exec 族

用 fork 创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支), 子进程往往要调用一种 exec 函数以执行另一个程序。当进程调用一种 exec 函数时,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。调用 exec 并不创建 新进程,所以调用 exec 前后该进程的 id 并未改变。


其实有六种以 exec 开头的函数,统称 exec 函数:


#include <unistd.h>int execl(const char *path, const char *arg, ...);int execlp(const char *file, const char *arg, ...);int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]); int execv(const char *path, char *const argv[]);int execvp(const char *file, char *const argv[]);int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
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这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行,不再返回,如果调用出错 则返回-1,所以 exec 函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。


这些函数原型看起来很容易混,但只要掌握了规律就很好记。不带字母 p(表示 path)的 exec 函数第一个参数必须是程序的相对路径或绝对路径,例如“/bin/ls”或“./ a.out”,而不能是“ls”或“a.out”。对于带字母 p 的函数:


如果参数中包含/,则将其视为路径名。 否则视为不带路径的程序名,在 PATH 环境变量的目录列表中搜索这个程序。 带有字母 l(表示 list)的 exec 函数要求将新程序的每个命令行参数都当作一个参数传


给它,命令行参数的个数是可变的,因此函数原型中有...,...中的最后一个可变参数应该是 NULL,起 sentinel 的作用。对于带有字母 v(表示 vector)的函数,则应该先构造一个指向 各参数的指针数组,然后将该数组的首地址当作参数传给它,数组中的最后一个指针也应该 是 NULL,就像 main 函数的 argv 参数或者环境变量表一样。


对于以 e(表示 environment)结尾的 exec 函数,可以把一份新的环境变量表传给它,其 他 exec 函数仍使用当前的环境变量表执行新程序。


exec 调用举例如下:


char *const ps_argv[] ={"ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL}; char *const ps_envp[] ={"PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL}; execl("/bin/ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL); execv("/bin/ps", ps_argv);execle("/bin/ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL, ps_envp); execve("/bin/ps", ps_argv, ps_envp);execlp("ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);execvp("ps", ps_argv);
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事实上,只有 execve 是真正的系统调用,其它五个函数最终都调用 execve,所以 execve 在 man 手册第 2 节,其它函数在 man 手册第 3 节。这些函数之间的关系如下图所示。


一个完整的例子:


#include <unistd.h> #include <stdlib.h>int main(void) {  execlp("ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);   perror("exec ps");  exit(1);}
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由于 exec 函数只有错误返回值,只要返回了一定是出错了,所以不需要判断它的 返回值,直接在后面调用 perror 即可。注意在调用 execlp 时传了两个“ps”参数,第一 个“ps”是程序名,execlp 函数要在 PATH 环境变量中找到这个程序并执行它,而第二 个“ps”是第一个命令行参数,execlp 函数并不关心它的值,只是简单地把它传给 ps 程 序,ps 程序可以通过 main 函数的 argv[0]取到这个参数。


调用 exec 后,原来打开的文件描述符仍然是打开的。利用这一点可以实现 I/O 重定向。 先看一个简单的例子,把标准输入转成大写然后打印到标准输出:


例 upper


/* upper.c */ #include <stdio.h>int main(void) {  int ch;  while((ch = getchar()) != EOF) {    putchar(toupper(ch));   }  return 0; }
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例 wrapper


/* wrapper.c */ #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <fcntl.h>int main(int argc, char *argv[]) {  int fd;  if (argc != 2) {    fputs("usage: wrapper file\n", stderr);    exit(1);   }  fd = open(argv[1], O_RDONLY);   if(fd<0) {    perror("open");    exit(1);   }  dup2(fd, STDIN_FILENO);   close(fd);  execl("./upper", "upper", NULL);   perror("exec ./upper");  exit(1); }
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wrapper 程序将命令行参数当作文件名打开,将标准输入重定向到这个文件,然后调用 exec 执行 upper 程序,这时原来打开的文件描述符仍然是打开的,upper 程序只负责从标准输 入读入字符转成大写,并不关心标准输入对应的是文件还是终端。运行结果如下:


  • l 命令行参数列表

  • p 搜素 file 时使用 path 变量

  • v 使用命令行参数数组

  • e 使用环境变量数组,不使用进程原有的环境变量,设置新加载程序运行的环境变量

3. 总结

本文介绍了进程原语:fork 和 exec。 fork 调用一次返回两次:父进程中返回子进程 ID ;子进程中返回 0;读时共享,写时复制。

发布于: 3 小时前阅读数: 6
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🏆2021年InfoQ写作平台-签约作者 🏆 2017.10.17 加入

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