Android C++ 系列：Linux 进程 (二)

2021 年 11 月 22 日
本文字数：2612 字
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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

原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/63e7bea358c58d98fee659da2】。文章转载请联系作者。

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🏆2021年InfoQ写作平台-签约作者 🏆 2017.10.17 加入

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1. fork

1.1 进程相关函数

2. exec 族

3. 总结

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