Prayer

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fork, wait, system

Posted on 2009-09-28 13:53 Prayer 阅读(1198) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: LINUX/UNIX/AIX

fork,vfork


#include <unistd.h>;
#include <sys/types.h>;

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

        if (pid < 0)
                printf("error in fork!");
        else if (pid == 0)
                printf("i am the child process, my process id is %d\n",getpid());
        else
                printf("i am the parent process, my process id is %d\n",getpid());
}
要搞清楚fork的执行过程,就必须先讲清楚操作系统中的“进程(process)”概念。一个进程,主要包含三个元素:

o. 一个可以执行的程序;
o. 和该进程相关联的全部数据(包括变量,内存空间,缓冲区等等);
o. 程序的执行上下文(execution context)。

不妨简单理解为,一个进程表示的,就是一个可执行程序的一次执行过程中的一个状态。操作系统对进程的管理,典型的情况,是通过进程表完成的。进程表中的每 一个表项,记录的是当前操作系统中一个进程的情况。对于单 CPU的情况而言,每一特定时刻只有一个进程占用 CPU,但是系统中可能同时存在多个活动的(等待执行或继续执行的)进程。

一个称为“程序计数器(program counter, pc)”的寄存器,指出当前占用 CPU的进程要执行的下一条指令的位置。

当分给某个进程的 CPU时间已经用完,操作系统将该进程相关的寄存器的值,保存到该进程在进程表中对应的表项里面;把将要接替这个进程占用 CPU的那个进程的上下文,从进程表中读出,并更新相应的寄存器(这个过程称为“上下文交换(process context switch)”,实际的上下文交换需要涉及到更多的数据,那和fork无关,不再多说,主要要记住程序寄存器pc指出程序当前已经执行到哪里,是进程上 下文的重要内容,换出 CPU的进程要保存这个寄存器的值,换入CPU的进程,也要根据进程表中保存的本进程执行上下文信息,更新这个寄存器)。

好了,有这些概念打底,可以说fork了。当你的程序执行到下面的语句:
pid=fork();
操作系统创建一个新的进程(子进程),并且在进程表中相应为它建立一个新的表项。新进程和原有进程的可执行程序是同一个程序;上下文和数据,绝大部分就是 原进程(父进程)的拷贝,但它们是两个相互独立的进程!此时程序寄存器pc,在父、子进程的上下文中都声称,这个进程目前执行到fork调用即将返回(此 时子进程不占有CPU,子进程的pc不是真正保存在寄存器中,而是作为进程上下文保存在进程表中的对应表项内)。问题是怎么返回,在父子进程中就分道扬 镳。

父进程继续执行,操作系统对fork的实现,使这个调用在父进程中返回刚刚创建的子进程的pid(一个正整数),所以下面的if语句中pid<0, pid==0的两个分支都不会执行。所以输出i am the parent process...

子进程在之后的某个时候得到调度,它的上下文被换入,占据 CPU,操作系统对fork的实现,使得子进程中fork调用返回0。所以在这个进程(注意这不是父进程了哦,虽然是同一个程序,但是这是同一个程序的另 外一次执行,在操作系统中这次执行是由另外一个进程表示的,从执行的角度说和父进程相互独立)中pid=0。这个进程继续执行的过程中,if语句中 pid<0不满足,但是pid==0是true。所以输出i am the child process...

我想你比较困惑的就是,为什么看上去程序中互斥的两个分支都被执行了。在一个程序的一次执行中,这当然是不可能的;但是你看到的两行输出是来自两个进程,这两个进程来自同一个程序的两次执行。


#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
globa=6;
int main(void)
{
 var=88;
 pid_t result;
 result = fork();
//result = vfork();
 if(result == -1)
 {
  perror("fork");
  exit;
 }
 else if(result == 0)
 {
  globa++;
  var++;
  printf("The return value is %d\n In child process!!\n My PID is %d\n",result,getpid());
 }
 else
 {
  printf("The return value is %d\n In father process!!\n My PID is %d\n",result,getpid());
 }
 printf("PID=%d,globa=%d,var=%d",getpid(),globa,var);
}
程序运行结果如下:
(fork()运行结果)
The return value is 0
 In child process!!
 My PID is 3736
PID=3736,globa=7,var=89
The return value is 3736
 In father process!!
 My PID is 3735
PID=3735,globa=6,var=88
 
(vfork()运行结果)
The return value is 0
 In child process!!
 My PID is 3736
PID=3736,globa=7,var=89
The return value is 3736
 In father process!!
 My PID is 3735
PID=3735,globa=7,var=89
 
分析:首先分析fork与vfork函数的运行机制,拿fork为例,fork()并不是进程切换,而是复制一个当前进程。当使用pid= fork()时,其实是创建了两个进程,这两个进程有着相同的内容,例如变量的值,空间配,特别是正在执行的语句等等都相同,但这些内容却在两个独立的内 存空间中。因此当执行上述代码时,便相当于同一段代码在两个进程中执行,所有就出现了两个结果,一个是子进程的信息,一个是父进程的信息。再看globa 和var这两个变量,由于是两个独立的进程,因此当各自执行代码时,变量也不会互相受到影响,所以在子进程中的globa和var均发生了变化,而在父进 程中却没有变化。
     其次分析一下,fork()和vfork()的区别:vfork采用写时拷贝技术(write-on-copy),父进程与子进程享用同一个内存空间,因 此,程序中的变量其实也就是父子进程的公共变量,所以,当其中一个进程中的变量值发生改变时,另一个进程中的变量值肯定也跟着发生变化,另外,两个函数的 区别还在于vfork用于创建一个新进程,而该新进程的目的是exec一个新进程,vfork和fork一样都创建一个子进程,但是它并不将父进程的地址 空间完全复制到子进程中,因为子进程会立即调用exec,于是也就不会存放该地址空间。不过在子进程中调用exec或exit之前,他在父进程的空间中运 行。vfork保证子进程先运行,在她调用exec exit之后父进程才可能被调度运行。如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作,则会导致死锁。 用fork函数创建子进程后,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,该进程完全由新程序代换,而新程序则从 其main函数开始执行,因为调用exec并不创建新进程,所以前后的进程id 并未改变,exec只是用另一个新程序替换了当前进程的正文,数据,堆和栈段。


wait(等待子进程中断或结束)
相关函数 waitpid,fork
表头文件
#include
#include
定义函数 pid_t wait (int * status);
函数说明
wait()会暂时停止目前进程的执行,直到有信号来到或子进程结
束。如果在调用wait()时子进程已经结束,则wait()会立即返
回子进程结束状态值。子进程的结束状态值会由参数status 返回,
而子进程的进程识别码也会一快返回。如果不在意结束状态值,则
参数status 可以设成NULL。子进程的结束状态值请参考waitpid()。
返回值
如果执行成功则返回子进程识别码(PID),如果有错误发生则返回
-1。失败原因存于errno 中。
附加说明
范例
#include
#include
#include
#include
main()
{
pid_t pid;
int status,i;
if(fork()= =0){
printf(“This is the child process .pid =%d\n”,getpid());
exit(5);
}else{
sleep(1);
printf(“This is the parent process ,wait for child...\n”;
pid=wait(&status);
i=WEXITSTATUS(status);
printf(“child’s pid =%d .exit status=^d\n”,pid,i);
}
}
执行
This is the child process.pid=1501
This is the parent process .wait for child...
child’s pid =1501,exit status =5
waitpid(等待子进程中断或结束)
相关函数 wait,fork
表头文件
#include
#include
定义函数 pid_t waitpid(pid_t pid,int * status,int options);
函数说明
waitpid()会暂时停止目前进程的执行,直到有信号来到或子进程
结束。如果在调用wait()时子进程已经结束,则wait()会立即
返回子进程结束状态值。子进程的结束状态值会由参数status 返回,
而子进程的进程识别码也会一快返回。如果不在意结束状态值,则
参数status 可以设成NULL。参数pid 为欲等待的子进程识别码,
其他数值意义如下:
pid0 等待任何子进程识别码为pid 的子进程。
参数option 可以为0 或下面的OR 组合:
WNOHANG 如果没有任何已经结束的子进程则马上返回,不予以
等待。
WUNTRACED 如果子进程进入暂停执行情况则马上返回,但结束
状态不予以理会。
子进程的结束状态返回后存于status,底下有几个宏可判别结束情
况:
WIFEXITED(status)如果子进程正常结束则为非0 值。
WEXITSTATUS(status)取得子进程exit()返回的结束代码,一
般会先用WIFEXITED 来判断是否正常结束才能使用此宏。
WIFSIGNALED(status)如果子进程是因为信号而结束则此宏值为

WTERMSIG(status) 取得子进程因信号而中止的信号代码,一般
会先用WIFSIGNALED 来判断后才使用此宏。
WIFSTOPPED(status) 如果子进程处于暂停执行情况则此宏值为
真。一般只有使用WUNTRACED 时才会有此情况。
WSTOPSIG(status) 取得引发子进程暂停的信号代码,一般会先
用WIFSTOPPED 来判断后才使用此宏。
返回值
如果执行成功则返回子进程识别码(PID),如果有错误发生则返回
-1。失败原因存于errno 中。
范例
参考wait()。

inux的system () 函数详解
 
 
system(执行shell 命令)
相关函数
        fork,execve,waitpid,popen
表头文件
        #i nclude<stdlib.h>
定义函数
        int system(const char * string);
函数说明
        system()会调用fork()产生子进程,由子进程来调用/bin/sh-c string来执行参数string字符串所代表的命令,此命>令执行完后随即返回原调用的进程。在调用system()期间SIGCHLD 信号会被暂时搁置,SIGINT和SIGQUIT 信号则会被忽略。
返回值
  =-1:出现错误  
  =0:调用成功但是没有出现子进程  
  >0:成功退出的子进程的id
        如果system()在调用/bin/sh时失败则返回127,其他失败原因返回-1。若参数string为空指针(NULL),则返回非零值>。 如果system()调用成功则最后会返回执行shell命令后的返回值,但是此返回值也有可能为 system()调用/bin/sh失败所返回的127,因此最好能再检查errno 来确认执行成功。
附加说明
        在编写具有SUID/SGID权限的程序时请勿使用system(),system()会继承环境变量,通过环境变量可能会造成系统安全的问题。
范例
        #i nclude<stdlib.h>
main()
{
system(“ls -al /etc/passwd /etc/shadow”);
}
执行结果:

-rw-r--r-- 1 root root 705 Sep 3 13 :52 /etc/passwd
-r--------- 1 root root 572 Sep 2 15 :34 /etc/shado

例2:

char tmp[];
sprintf(tmp,"/bin/mount -t vfat %s /mnt/usb",dev);
system(tmp);
其中dev是/dev/sda1。
 


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