Linux進(jìn)程控制編程

7.2 Linux進(jìn)程控制編程
　　1．fork（）
　　在Linux中創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程的惟一方法是使用fork（）函數(shù)。fork（）函數(shù)是Linux中一個(gè)非常重要的函數(shù)，和讀者以往遇到的函數(shù)有一些區(qū)別，因?yàn)樗雌饋韴?zhí)行一次卻返回兩個(gè)值。難道一個(gè)函數(shù)真的能返回兩個(gè)值嗎？希望讀者能認(rèn)真地學(xué)習(xí)這一部分的內(nèi)容。
　　（1）fork（）函數(shù)說明。
　　fork（）函數(shù)用于從已存在的進(jìn)程中創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程。新進(jìn)程稱為子進(jìn)程，而原進(jìn)程稱為父進(jìn)程。使用fork（）函數(shù)得到的子進(jìn)程是父進(jìn)程的一個(gè)復(fù)制品，它從父進(jìn)程處繼承了整個(gè)進(jìn)程的地址空間，包括進(jìn)程上下文、代碼段、進(jìn)程堆棧、內(nèi)存信息、打開的文件描述符、信號(hào)控制設(shè)定、進(jìn)程優(yōu)先級(jí)、進(jìn)程組號(hào)、當(dāng)前工作目錄、根目錄、資源限制和控制終端等，而子進(jìn)程所獨(dú)有的只有它的進(jìn)程號(hào)、資源使用和計(jì)時(shí)器等。
　　因?yàn)樽舆M(jìn)程幾乎是父進(jìn)程的完全復(fù)制，所以父子兩個(gè)進(jìn)程會(huì)運(yùn)行同一個(gè)程序。因此需要用一種方式來區(qū)分它們，并使它們照此運(yùn)行，否則，這兩個(gè)進(jìn)程不可能做不同的事。
　　實(shí)際上是在父進(jìn)程中執(zhí)行fork（）函數(shù)時(shí)，父進(jìn)程會(huì)復(fù)制出一個(gè)子進(jìn)程，而且父子進(jìn)程的代碼從fork（）函數(shù)的返回開始分別在兩個(gè)地址空間中同時(shí)運(yùn)行。從而兩個(gè)進(jìn)程分別獲得其所屬fork（）的返回值，其中在父進(jìn)程中的返回值是子進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)，而在子進(jìn)程中返回0。因此，可以通過返回值來判定該進(jìn)程是父進(jìn)程還是子進(jìn)程。
　　同時(shí)可以看出，使用fork（）函數(shù)的代價(jià)是很大的，它復(fù)制了父進(jìn)程中的代碼段、數(shù)據(jù)段和堆棧段里的大部分內(nèi)容，使得fork（）函數(shù)的系統(tǒng)開銷比較大，而且執(zhí)行速度也不是很快。
　?。?）fork（）函數(shù)語法。
　　表7.2列出了fork（）函數(shù)的語法要點(diǎn)。
　　表7.2 fork（）函數(shù)語法要點(diǎn)
　　所需頭文件#include 《sys/types.h》 // 提供類型pid_t的定義
　　#include 《unistd.h》
　　函數(shù)原型pid_t fork（void）
　　函數(shù)返回值0：子進(jìn)程
　　子進(jìn)程ID（大于0的整數(shù)）：父進(jìn)程
　　-1：出錯(cuò)
　?。?）fork（）函數(shù)使用實(shí)例。
　　/* fork.c */
　　#include 《sys/types.h》
　　#include 《unistd.h》
　　#include 《stdio.h》
　　#include 《stdlib.h》
　　int main（void）
　　{
　　pid_t result;
　　/*調(diào)用fork（）函數(shù)*/
　　result = fork（）;
　　/*通過result的值來判斷fork（）函數(shù)的返回情況，首先進(jìn)行出錯(cuò)處理*/
　　if（result == -1）
　　{
　　printf（“Fork error\n”）;
　　}
　　else if （result == 0） /*返回值為0代表子進(jìn)程*/
　　{
　　printf（“The returned value is %d\n
　　In child process?。nMy PID is %d\n”，result，getpid（））;
　　}
　　else /*返回值大于0代表父進(jìn)程*/
　　{
　　printf（“The returned value is %d\n
　　In father process！！\nMy PID is %d\n”，result，getpid（））;
　　}
　　return result;
　　}
　　將可執(zhí)行程序下載到目標(biāo)板上，運(yùn)行結(jié)果如下所示：
　　$ arm-linux-gcc fork.c –o fork （或者修改Makefile）
　　$ 。/fork
　　The returned value is 76 /* 在父進(jìn)程中打印的信息 */
　　In father process??！
　　My PID is 75
　　The returned value is ：0 /* 在子進(jìn)程中打印的信息 */
　　In child process?。?br /> 　　My PID is 76
　　從該實(shí)例中可以看出，使用fork（）函數(shù)新建了一個(gè)子進(jìn)程，其中的父進(jìn)程返回子進(jìn)程的PID，而子進(jìn)程的返回值為0。
　　（4）函數(shù)使用注意點(diǎn)。
　　fork（）函數(shù)使用一次就創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，所以若把fork（）函數(shù)放在了if else判斷語句中則要小心，不能多次使用fork（）函數(shù)。
　　小知識(shí)由于fork（）完整地復(fù)制了父進(jìn)程的整個(gè)地址空間，因此執(zhí)行速度是比較慢的。為了加快fork（）的執(zhí)行速度，有些UNIX系統(tǒng)設(shè)計(jì)者創(chuàng)建了vfork（）。vfork（）也能創(chuàng)建新進(jìn)程，但它不產(chǎn)生父進(jìn)程的副本。它是通過允許父子進(jìn)程可訪問相同物理內(nèi)存從而偽裝了對(duì)進(jìn)程地址空間的真實(shí)拷貝，當(dāng)子進(jìn)程需要改變內(nèi)存中數(shù)據(jù)時(shí)才復(fù)制父進(jìn)程。這就是著名的“寫操作時(shí)復(fù)制”（copy-on-write）技術(shù)。
　　現(xiàn)在很多嵌入式Linux系統(tǒng)的fork（）函數(shù)調(diào)用都采用vfork（）函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式，實(shí)際上uClinux所有的多進(jìn)程管理都通過vfork（）來實(shí)現(xiàn)。
　　2．exec函數(shù)族
　　（1）exec函數(shù)族說明。
　　fork（）函數(shù)是用于創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，該子進(jìn)程幾乎復(fù)制了父進(jìn)程的全部內(nèi)容，但是，這個(gè)新創(chuàng)建的進(jìn)程如何執(zhí)行呢？這個(gè)exec函數(shù)族就提供了一個(gè)在進(jìn)程中啟動(dòng)另一個(gè)程序執(zhí)行的方法。它可以根據(jù)指定的文件名或目錄名找到可執(zhí)行文件，并用它來取代原調(diào)用進(jìn)程的數(shù)據(jù)段、代碼段和堆棧段，在執(zhí)行完之后，原調(diào)用進(jìn)程的內(nèi)容除了進(jìn)程號(hào)外，其他全部被新的進(jìn)程替換了。另外，這里的可執(zhí)行文件既可以是二進(jìn)制文件，也可以是Linux下任何可執(zhí)行的腳本文件。
　　在Linux中使用exec函數(shù)族主要有兩種情況。
　　n 當(dāng)進(jìn)程認(rèn)為自己不能再為系統(tǒng)和用戶做出任何貢獻(xiàn)時(shí)，就可以調(diào)用exec函數(shù)族中的任意一個(gè)函數(shù)讓自己重生。
　　n 如果一個(gè)進(jìn)程想執(zhí)行另一個(gè)程序，那么它就可以調(diào)用fork（）函數(shù)新建一個(gè)進(jìn)程，然后調(diào)用exec函數(shù)族中的任意一個(gè)函數(shù)，這樣看起來就像通過執(zhí)行應(yīng)用程序而產(chǎn)生了一個(gè)新進(jìn)程（這種情況非常普遍）。