笔记二：进程间的通信（fork、孤儿进程，僵死进程等）

      以下是以前学习《unix环境高级编程》时的一些笔记和测试代码，好久没看过了，没有再次验证，存在错误的话，希望见谅，分享下主要是！！！

ps     查看系统中的进程   ps–axj

A与B在用户空间是不能通信的，相当于封闭的房子，也没有窗户，所以在用户空间是无法通信的

二：进程控制相关函数

1.fork()函数

功能：创建一个子进程

参数：没有参数

返回值：成功，返回二个值；0 --- 子进程中  >0（子进程的PID号） ---- 父进程中

出错，返回一个值-1

成功时，内核为何会返还二个值？

用户空间的进程，可以认为是一个封闭的房子（在用户空间），内核是怎样对用户空间这么多进程进行管理，怎样识别，是通过PID。

fork() 调用成功，内核则在用户空间创建一个进程（房子），这个房子和之前的进程代码段，数据段等都一样（除了PID之外）

以下两段fork函数简单的使用

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "stdlib.h"
int main()
{
  pid_t pid;
  pid=fork();
  printf("hello linux\n");
  usleep(200);  //200微秒
  printf("11111111111\n");
  while(1);
  return 0;
}

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "stdlib.h"
int main()
{
  pid_t pid;
  pid=fork();
  if(pid >0)
  {
    printf("parent process run\n");
  }
  if(pid ==0)
  {
    printf("child process run\n");
  }
  while(1);
  return 0;
}

getpid(); 获取本进程的PID号（返回值）

getppid();获取本进程父进程PID号（返回值）

exit():   进程退出函数
什么是僵尸进程？什么是孤儿进程？

  子进程退出，父进程没有退出，此时子进程处于Z(zobile)(僵尸) 状态，处于此状态的进程仍要耗费系统资源。子进程自己不能回收资源，只有父亲负责为子进程回收资源。父进程退出，子进程没有退出，此时子进程变为孤儿进程，会被1号进程收养，即init进程为其父进程。

例子1：

/*僵尸进程    查看进程pid状态等消息    可以终端使用命令ps aux或者ps axj*/
#include "signal.h"
#include "sys/types.h"
#include "stdio.h"
int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if(pid < 0)
    {
        printf("创建进程失败\n");
        return -1;
    }
    /*对于父进程首先是睡眠（8秒）S状态，8秒后进入R（运行）状态
      对于子进程就变成了T状态；
     */
    if(pid > 0)
    {
        sleep(8);//睡眠状态；
         /*如果设置的waitpid设置为waitpid（pid，NULL，0）为阻塞，那么将不会产生僵尸进程，父进程会为其回收*/
        if(waitpid(pid,NULL,WNOHANG) == 0)//等待子进程结束;可以设置为非阻塞（WNOHANG）；
        {
            kill(pid,9);//杀死子进程，父进程没有结束，子进程将变成Z状态，因为父进程没有给子进程回收资源，子进程将变为僵尸进程；
        }
        while(1);
    }
    if(pid == 0)
    {
        printf("raise function before\n");
        raise(SIGTSTP);//暂停程序，相当于ctrl+z；  T状态
        printf("raise function after\n");
        exit(0);
    }
}

如果我们要求：子进程退出，父进程没有退出，同时也不要子进程处于Z(zobile) 状态，而是完全结束，怎么办？

2.exit()--------库函数   进程的退出函数

头文件：#include “stdlib.h”

参数：  int 退出状态----- 假设：0 为正常退出，-1为非正常退出

exit中的参数退出状态主要作用是传递给父进程，父进程根据这些状态可判定子进程现在处于什么情况。父进程怎样接收到这个状态呢？是通过wait 或waitpid

exit()------系统调用函数----unistd.h
以下为exit()和_exit()基本使用

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "stdlib.h"
int main()
{
  printf("hello linux");
 // fflush(stdout);
  //_exit(0);
  exit(0);
  printf("1111111111111");
  return 0;
}

3  wait()函数

所需头文件：
#include <sys/types.h>

          #include <sys/wait.h>

函数原型：
  pid_t wait(int *status)

函数参数：
 
status 是一个整型指针，指向的对象用来保存子进程退出时的状态。

                      status 若为空，表示忽略子进程退出时的状态

                      status 若不为空，表示保存子进程退出时的状态

另外，子进程的结束状态可由Linux中一些特定的宏来测定。

函数返回值：    成功：子进程的进程号  失败：-1

什么时候会阻塞，什么时候不会阻塞？

调用该函数使进程阻塞（睡眠），直到任一个子进程结束或者是该进程接收到了一个信号为止。

如果该进程没有子进程或者其子进程已经结束，wait函数会立即返回，即不会阻塞。
以下是关于wait函数的使用

#include "sys/wait.h"
#include "sys/types.h"
#include "stdio.h"
int main()
{
  printf("wait before\n");
  wait(NULL);
  printf("wait after\n");
  return 0;
}

#include "sys/types.h"
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
int main()
{
  pid_t pid;
  pid=fork();
  if(pid <0 )
  {
     printf("creat process failure\n");
     return -1;
  }

  if(pid ==0)//child process
  {
   printf("this is child process\n") ;
   while(1);
  }
  if(pid >0) //parent process
  {
    printf("this is parent process\n");
      printf("parent process:wait before\n");
      wait(NULL);
      printf("parent process:wait after\n");
      while(1);
  }
  return 0;
}

解析：

  子进程1： 

        printf     ------- pid

        sleep(10)  -------S                   10秒后   结束

        exit(1)

  子进程2： 

        printf     ------- pid

        sleep(20)  -------S                   S(睡眠状态)                    再过10秒   

        exit(3)

   父进程：

        printf---

        printf ---wait before

        pet=wait------------------S

        printf---wait after ret=%d               

        pet=wait                              S(睡眠状态)                         R(运行状态)

        printf  second wait ret=%d

#include "sys/types.h"
#include "sys/wait.h"
#include "unistd.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
int main()
{
  pid_t pid;
  int ret;

  pid = fork();
  if(pid <0)
  {
    printf("creat process failure\n");
    return -1;
  }

  if(pid == 0) //child process1
  {
    printf("this is a child process,pid=%d\n",getpid());
    sleep(10);
    exit(1);

  }
  if(pid >0)
  {
    pid_t  pid1;
    pid1=fork();
    if(pid1<0)
    {
      printf("creat child process1 failure\n");
      exit(2);
    }
    if(pid1 ==0)
    {
      printf("this is a child process1 run,pid=%d\n",getpid());
      sleep(20);
      exit(3);
    }

    printf("this is a parent process\n");
    printf("wait before\n");
    ret=wait(NULL);
    printf("wait after,first wait ret=%d\n",ret);
    ret=wait(NULL);
    printf("second wait after,ret=%d\n",ret);
    while(1);

    return 0;

  }

4. waitpid()   功能比wait 功能更强

可以等待某一个子进程退出，可通过第一个参数来实现

所需头文件：#include <sys/types.h>

         #include <sys/wait.h>

函数原型： pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options)

函数参数： pid    pid>0：只等待进程ID等于pid的子进程，不管已经有其他子进程运行结束退出了，只要指定的子进程还没有结束，waitpid就会一直等下去。

          pid=-1：等待任何一个子进程退出，此时和wait作用一样。

          pid=0：等待其组ID等于调用进程的组ID的任一子进程。

          pid<-1：等待其组ID等于pid的绝对值的任一子进程。

          status   
同wait

          options   WNOHANG：若由pid指定的子进程并不立即可用，则waitpid不阻塞，此时返回值为0

         WUNTRACED：若某实现支持作业控制，则由pid指定的任一子进程状态已暂停，且其状态自暂停以来还未报告过，则返回其状态。

          0：同wait，阻塞父进程，等待子进程退出。

函数返回值：   正常：结束的子进程的进程号

         使用选项WNOHANG且没有子进程结束时：0

         调用出错：-1
例子：

#include "sys/types.h"
#include "sys/wait.h"
#include "unistd.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
int main()
{
  pid_t pid;
  int ret;
  int status;

  pid = fork();
  if(pid <0)
  {
    printf("creat process failure\n");
    return -1;
  }

  if(pid == 0) //child process1
  {
    printf("this is a child process,pid=%d\n",getpid());
    sleep(10);
    exit(1);

  }
  if(pid >0)
  {
    pid_t  pid1;
    pid1=fork();
    if(pid1<0)
    {
      printf("creat child process1 failure\n");
      exit(2);
    }
    if(pid1 ==0)
    {
      printf("this is a child process1 run,pid=%d\n",getpid());
      sleep(20);
      exit(3);
    }

    printf("this is a parent process\n");
    printf("wait before\n");
    ret=waitpid(pid1,&status,0);
    printf("wait after,first wait ret=%d,status=%d\n",ret,WEXITSTATUS(status));
//    ret=wait(&status);
//    printf("second wait after,ret=%d,status=%d\n",ret,WEXITSTATUS(status));
    while(1);
    return 0;
  }
}

5  vfork()    ----形式和fork()

vfork() 调用成功，内核则在用户空间创建一个进程，但是不会重新建立一个房子，父子里程共享父进程这个房子，然后子进程先运行，父进程后运行

6.在此之前创建子进程，子进程进行了代码的完全拷贝，虽然我们用返回值的不同使得父子进程执行了二个不同的代码区。但是很多情况下：

      父子进程的代码完全不一样，比如 bash 这是父进程，a.out 是子进程，这二段代码没有相似性；或父进程是C代码，子进程是一个shell脚本，等，我们应该怎么处理？

       当进程认为自己不能再为系统和用户做出任何贡献了时就可以调用exec函数，让自己执行新的程序，我们应该怎么处理？
伪代码：

int main()                           computer 这个可执行程

{                                     

  printf(“dfdfggf\n”);

  i++;

  .....

  Computer//不是函数，而是另外一个程序

}

可以通过exec 函数族来解决这些问题。

函数的功能：可以调用另外一个程序来运行，会把原来的程序中的代码段，数据段等都替换掉，从这个调用的程序的开始来执行，会保留原进程的PID，其它都不保留。

什么时候要用这个函数呢？

      当进程认为自己不能再为系统和用户做出任何贡献了时就可以调用exec函数，让自己执行新的任务。

如果某个进程想同时执行另一个程序，它就可以调用fork函数创建子进程，然后在子进程中调用任何一个exec函数。这样看起来就好像通过执行应用程序而产生了一个新进程一样。

所需头文件：#include <unistd.h>

函数原型：   int execl(const char *path, const char *arg, ...);

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

                   int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);

                   int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]:xp[]);

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

                   int execvp(const char *file, char *const argv[]);//环境变量加

函数返回值：    -1：出错，成功是0

参数：        第一个参数，前面四个都一样，后面二个一样，path  file

                   path 必须要指定所在程序的路径，要不是绝对路径或相对路径

                   file  不用指定路径（指定路径也可以），在环境变量PATH中找这个程序

char * 逐个列举

例如这样一个程序

ls  –l  /mnt   ./child/xxx          “./child/xxx”  NULL

怎样传递这个参数呢？ 

“ls” “-l” “/mnt”  NULL   

采用字符指针数组的方式传递参数

char *argv[]={“ls” “-l” “/mnt”  NULL }

第一个参数：有二类，char *path—不仅要指定程序的名称也要指定程序的路径 

char *file----指定程序的名称，你这个程序的所在路径一定要在环境变量位PATH中找到

第二参数：  char *arg ……   char *argv[]
execl例子

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
int main()
{
  printf("exec before\n");
  execl("./xxx","./xxx",NULL);
  printf("exec after\n");
  return 0;
}

execv例子

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
int main()
{
  char *buf[]={"./child/xxx",NULL};
  printf("exec before\n");
  execv("./child/xxx",buf);
  printf("exec after\n");
  return 0;
}

execvp例子

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
int main()
{
  char *buf[]={"xxx",NULL};
  printf("exec before\n");
  execvp("xxx",buf);
  printf("exec after\n");
  return 0;
}