UNIX环境C语言进程控制

一、进程ID

进程ID即是进程标识，每一个进程都会有一个唯一的非负整数来作为它的进程ID。

ID为0的进程通常是调度进程，也可称为交换进程，该进程是内核的一部分，不执行硬盘上的程序，因此也被称为系统进程。

ID为1的进程通常是init进程，init通常读取与系统有关的初始化文件，，并将系统引导到一个状态。init进程绝不会终止，它是一个普通的用户进程，但是它以超级用户特权运行，init会称为所以孤儿进程的父进程。

进程ID可以由以下函数获得

 #include <unistd.h>

 pid_t    getpid(void);                //返回值：调用进程的进程ID
 pid_t    getppid(void);              //返回值：调用进程的父进程ID
 uid_t    getuid(void);               //返回值：调用进程的实际用户ID
 uid_t    geteuid(void);             //返回值：调用进程的有效用户ID
 gid_t    getgid(void);               //返回值：调用进程的实际组ID
 gid_t    getegid(void);             //返回值：调用进程的有效组ID

二、函数fork

#include  <unistd.h>

pid_t     fork(void);        //返回值：子进程返回0,父进程返回子进程的进程ID，失败返回-1

fork函数执行成功时会返回两次，一次在父进程中返回子进程的进程ID，一次在子进程中返回0，因此可以在此使用if语句作为父子进程的分支。子进程是父进程的副本，共享的只有代码段，子进程的堆、栈、全局段、静态数据段都是父进程的副本，是在创建在子进程时拷贝的。

fork之后父进程和子进程的执行先后是不确定的，这取决于内核所使用的调度算法。

文件共享

父进程和子进程之间打开的文件是共享的，原理是子进程使用了从父进程拷贝的文件标识符，使得它们可以访问同一个文件，另外，它们共享同一个文件偏移量

三、函数vfork

#include <unistd.h>

pid_t    vfork(void) ;       //返回值：子进程返回0，父进程返回子进程的进程ID，失败返回-1

vfork函数同样用于创建一个子进程，但是它与fork不同的是，vfok创建的新进程的目的是加载（exec）一个新程序。vfork调用后，会保证子程序的先运行，知道它调用exec或exit父程序才会被调度运行（如果子进程在此过程中需要父进程的进一步动作，会导致程序锁死）

四、进程的终止

进程有五种正常终止和三种异常终止方式，这里不一一阐述，主要说明以下一种。

调用exit函数

exit函数由ISO C定义，其操作包括调用各终止处理程序，然后关闭I/O流等

其中终止处理程序由函数atexit和on_exit登记

#include <stdlib.h>

int atexit(void (*function)(void));   //funtion:需要进行终止处理的函数指针，返回值：成功返回0

int on_exit(void (*function)(int stats, void * arg), void *arg);  //funtion：于atexit不同的是，该函数可得到exit的参数，即，能够知道程序是在什么状态下终止的

五、函数wait和waitpid

这两个函数的作用是等待子进程终止，它们的函数定义如下

#include <sys/wait.h>

pid_t  wait(int *statloc);
//statloc: 用于接收子进程的结束状态
//返回值：子进程进程号 

pid_t  waitpid(pid_t   pid, int  *statloc,  int   option);
/* statloc：同上
pid:　　　 == -1 功能与wait类似，pid就无意义了
　　　　　　== 0 等待组id等于pid的进程组中任意进程结束。
　　　　　　< -1 等待组id是pid的绝对值的任意进程结束
　　　　　　> 0 等待进程号是pid的进程结束

options     0 ：以阻塞状态等待子进程结束
            WNOHANG         如果没有子进程结束会立即返回
            WUNTRACED    等待的进程处于停止状态，并且之前，没有报告过，则立即返回
返回值：子进程的进程号
*/

在一个子进程 终止前，wait使其调用者阻塞，而waitpid可以使调用者不阻塞

waitpid可以控制等待指定的某个子进程

如果子进程在wait调用前就已终止，wait会立即返回并取得该子进程的状态，否则wait使调用者阻塞

当一个进程终止时，内核就会向它的父进程发送一个SIGCHLD信号。父进程可以在信号处理函数中用wait接收到子进程的结束状态，进行一些相应操作，可以大大增加程序运行效率。

六、函数exec

使用fork函数或vfork能够创建新的子进程，子进程调用exec后可以执行另一个程序，新程序从main函数开始执行，因为调用exec不创建新的进程，只是将子进程替换为新的程序，所以前后进程ID并不改变

exec函数有以下几种：

#include <unistd.h>

    int execl(const char *path, const char *arg, ...);
    path：可执行文件的路径+名字
    arg：给可执行文件的参数，类似于命令行参数，必须以NULL结尾，第一个必须是可执行文件名。

    int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
    file：可执行文件的文件名，会从PATH环境变量指定的位置找可执行文件

    int execle(const char *path, const char *arg,..., char * const envp[]);
    envp：环境变量表，父进程更改后的环境变量表

    int execv(const char *path, char *const argv[]);

    int execvp(const char *file, char *const argv[]);

    int execvpe(const char *file, char *const argv[],char *const envp[]);

    int fexecve(int fd, char *const argv[], char *const envp[]);

七、函数fork与vfork区别

fork函数

使用fork函数创建的子进程，会将父进程的数据段、堆栈复制，与父进程共享代码段。

vfork函数

vfork函数的调用通常是为了创建新进程来exec一个新程序，vfork不会将父进程的地址空间完全复制到子进程中，vfork函数创建的子进程在调用exec和exitz之前，它会在完全运行在父进程的地址空间上，vfork会保证子程序的先运行，直到调用exec和exit之后父进程才有可能被调度运行。

使用vfork和fork创建子进程都能够调用exec产生新的程序，然而vfork函数不会对父进程的地址空间进行复制，通过使用vfork可以减少不必要的开销