Linux高并发服务器开发 第十六天（execlp/execl 进程回收/孤儿进程/僵尸进程 wait/waitpid回收 进程间的通信）

目录

1.exec函数族

1.1execlp

1.2execl

1.3练习

2.进程回收                                                                          

3.孤儿进程

4.僵尸进程

5.wait回收

6.waitpid回收

7.进程间通信 IPC

7.1 进程间通信的方法

7.2管道pipe

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1.exec函数族

- 工作原理：

    - 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。

- 工作特性：

    - exec函数族函数，一旦调用成功执行新程序，不会返回！只有调用失败才返回， 错误值 -1， errno
    - 通常使用时，我们只需在 execxxx() 函数后，调用 perror 和 exit， 无需 if 判断。

1.1execlp

- p： PATH 。 该函数在使用时，自动借助 环境变量 PATH，找寻可执行程序。
    - 可以用来调用，系统的程序。

// 该函数，通常用来执行系统程序：ls、data、cp、cat ... 命令

int execlp(const char *file, const char *arg, .../* (char  *) NULL */);

参数：
    参1：带加载的程序名字。需要配合 PATH 使用。
    参2：argv0 -- 可执行文件名
    参3：argv1
    参4：argv2
    ...：argvN
    哨兵：NULL，最后必须传入一个 NULL 指针来标识参数列表的结束
返回值：
    成功：不返回
    失败：-1， errrno

- 示例：

int main(int argc, char *argv[])
{pid_t pid = fork();if (pid == 0) {//execlp("ls", "-l", "-F", "-a", NULL);        这样传参错误!!!execlp("ls", "ls", "-l", "-F", "-a", NULL);perror("/bin/ls exec error");exit(1);} else if (pid > 0) {sleep(1);printf("parent\n");}return 0;
}

1.2execl

- 直接指定要加载的程序绝对访问路径。可以是系统可以执行文件，也用户自定义可执行文件。

int execl(const char *path, const char *arg, ... /* (char  *) NULL */);
参数：
    参1：带加载的带有路径的程序名字。
    参2：argv0 -- 可执行文件名
    参3：argv1
    参4：argv2
    ...：argvN
    哨兵：NULL

示例：

int main(int argc, char *argv[])
{pid_t pid = fork();if (pid == 0) {//execl("/bin/ls", "ls", "-l", "-F", "-a", NULL);execl("./while", "while", "aa", "bb", "cc", "dd", NULL);perror("/bin/ls exec error");exit(1);} else if (pid > 0) {sleep(1);printf("parent\n");}return 0;
}

1.3练习

- 编写程序创建子进程，子进程使用 exec族函数，获取当前系统中的进程详细信息，打印到一个文件中。
- 实现命令：ps  aux > out

int main(int argc, char *argv[])
{pid_t pid = fork();if (pid == 0) {int fd = open("out", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0644);if (fd == -1)sys_err("open error");// 重定向dup2(fd, STDOUT_FILENO);execlp("ps", "ps", "a", "u", "x", NULL);perror("execlp error");exit(1);} else if (pid > 0) {sleep(1);printf("I am parent\n");}return 0;
}

2.进程回收                                                                          

- fork后的子进程，其父进程有义务在子进程结束时，回收该子进程pcb。隔辈进程无回收关系。
- 进程终止：
    1. 关闭所有文件描述符
    2. 释放用户空间分配的内存。
    3. 进程的 pcb 残留在内核。保存进程结束的状态（正常：退出值。异常：终止其运行的信号编号）

3.孤儿进程

父进程，先于子进程终止。子进程沦为 “孤儿进程”。会被 init 进程领养。

使用命令：ps ajx 

ppid（父进程id）pid（进程id）gid（进程组id）sid（会话id）

4.僵尸进程

子进程终止，父进程未终止，但尚未对子进程回收。在此期间，子进程为 “僵尸进程”。

杀死进程命令：kill -9  进程id 。 只能杀死活跃的进程，对僵尸进程无效！！！

5.wait回收

- 只有 “父、子” 进程之间存在，回收关系。 爷孙进程、兄弟进程、叔侄进程... 不存回收关系！

#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *wstatus);
参：    
    传出参数。回收进程的状态。传 NULL，只回收进程的pcb，不获取退出状态。
返回值：
    成功：回收的进程pid
    失败：-1， errno

- 函数的作用：
    1. 阻塞等待子进程退出（终止）。
    2. 回收子进程残留在内核的 pcb。
    3. 获取子进程的退出状态（正常、异常）。—— 传出参数 ：wstatus
- 回收子进程退出状态：
    - 正常退出：
        - 判断 WIFEXITED(status) 为真。
        - 进一步使用  WEXITSTATUS(status) 获取退出值。
    - 异常退出：
        - 判断 WIFSIGNALED(status) 为真。
        - 进一步 使用 WTERMSIG(status) 获取杀死子进程的信号的编号。
- 回收示例：

int main(int argc, char *argv[])
{int status = 0;pid_t wpid = 0;pid_t pid = fork();if (pid == -1)sys_err("fork err");else if (pid == 0) {printf("I'm child pid = %d\n", getpid());
#if 1execl("./abnor", "abnor", NULL);perror("execl err");exit(1);
#endifsleep(1);exit(73);} else {wpid = wait(&status);  // 保存子进程退出的状态.if (wpid == -1)sys_err("wait err");if (WIFEXITED(status)) {            // 宏函数为真,说明子进程正常终止.// 获取退出码printf("I'm parent, pid = %d child, exit code = %d\n", wpid, WEXITSTATUS(status));} else if (WIFSIGNALED(status)) {  // 宏函数为真, 说明子进程被信号终止.// 获取信号编号printf("I'm parent, pid = %d child, killed by %d signal\n", wpid, WTERMSIG(status));}}

6.waitpid回收

pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);
参数：
    pid：
        >0: 通过pid指定 回收某一个子进程。
        -1: 回收任意子进程。
        0: 回收 与父进程属于同一个进程组的 子进程。
                —— 子进程创建成功后，默认，会自动加入父进程进程组。
                
    wstatus：（传出）回收子进程状态。 --- 类似于 wait() 的参数。
    options：WNOHANG —— 指定回收方式为 “非阻塞”。
             0 —— 指定回收方式为 “阻塞”。等同于 wait()
返回值：
    > 0: 表成功回收的进程pid
    0: 函数调用时参3指定了 WNOHANG，子进程没有结束。
    -1：失败。 errno   

示例：waitpid 回收 N 个子进程。

int main(int argc, char *argv[])
{int i = 0;pid_t pid, wpid;for(i = 0; i < 5; i++) {pid = fork();if (pid == 0)break;}if (5 == i) {        // 父进程/*while ((wpid = wait(NULL))!=-1) {  // 阻塞等待子进程结束,回收printf("wait child %d\n", wpid);} *//*    while ((wpid = waitpid(-1, NULL, 0))!=-1) {  // 使用 waitpid 阻塞等待子进程结束,回收printf("wait child %d\n", wpid);} *///while ((wpid = waitpid(-1, NULL, WNOHANG))!=-1) {  // 使用 waitpid 非 阻塞回收子进程while ((wpid = waitpid(0, NULL, WNOHANG))!=-1) {  // 使用 waitpid 非 阻塞回收子进程if (wpid > 0) {printf("wait child %d\n", wpid);        // 正常回收一个子进程} else if (wpid == 0) {sleep(1);continue;}}printf("catch All child  finish\n");} else {sleep(i);printf("%dth child, pid = %d\n", i+1, getpid());}return 0;
}

总结：

==**一次wait、waitpid 调用，只能回收一个子进程！！！！**==

想回收 N 个子进程，需要将 wait、waitpid 调用 放于 循环中。

7.进程间通信 IPC

- 进程间通信的原理，借助 多个进程使用同一个 内核，借助内核，传递数据。

7.1 进程间通信的方法

1.  管道：最简单。
2.  信号：开销小。
3.  mmap映射：速度快，非血缘关系间。
4.  socket(本地套接字)：稳定性好！

7.2管道pipe

- 实现原理：Linux 内核 使用环形队列机制，借助缓冲区(4k)实现。
- 特质：
    1. 本质：伪文件（实为内核缓冲区）
    2. 用于进程间通信，用两个文件描述符引用，一个读端，一个写端。
    3. 规定，数据从管道写端流入，从读端流出。
- 局限性：
    1. 自己写，不能自己读。
    2. 管道中的数据，读走没！不能反复读取！
    3. 半双工通信。（对讲机）
    4. 应用于血缘关系进程间。

使用的函数：

// 函数，调用成功，自动创建匿名管道，返回两个文件描述符，无需open，但需手动 close
int pipe(int pipefd[2]);
参：
    fd[0]:管道读端。r
    fd[1]:管道写端。w
返回值：
    成功：0
    失败：-1， errno

- 父子进程 管道通信 IPC。