- 示例2：非阻塞等待
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/wait.h> int main() { pid_t pid; pid = fork(); if(pid < 0){//fork失败 printf("%s fork error\n",__FUNCTION__); return 1; }else if( pid == 0 ){ //child执行 printf("child is run, pid is : %d\n",getpid()); sleep(5); exit(1); } else{ //father执行 int status = 0; pid_t ret = 0; do{ ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG);//非阻塞式等待 if( ret == 0 ){//等待失败则继续等待 printf("child is running\n"); //TODO...等待执行其他任务,待会再等待 } sleep(1); }while(ret == 0); //等待成功打印对应信息 if( WIFEXITED(status) && ret == pid ){ //退出正常输出退出码 printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\n",WEXITSTATUS(status)); }else{ //退出异常 printf("wait child failed, return.\n"); return 1; } } return 0; }
- 总结：
- 如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退出信息
- 如果在任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞
- 如果不存在该子进程，则立即出错返回
- 示图：
2、获取status
概念：
wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统进行将退出信息填充
如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息；如果传递变量地址，操作系统会根据该参数将子进程的退出信息反馈给父进程
使用对应的宏可以方便查看我们需要的退出信息：WIFEXITED(status): 若为正常终止子进程返回的状态，则为真（查看进程是否是正常退出）;WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码（查看进程的退出码）
注：status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待（只有status的低16比特位有有效信息）
示图：
注意：
如果是正常退出，我们可以进一步获取子进程退出的退出码（退出状态），通过退出码判断进程执行的结果如何，是对还是错
如果是异常退出，那么退出码变没有意义（执行任务已经失败），只需要考虑低7位的信息查看是怎样的异常
示例：
#include <sys/wait.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <errno.h> int main() { pid_t pid; if ( (pid=fork()) == -1 ) perror("fork"),exit(1); if ( pid == 0 ){ sleep(20); exit(10); } else { int st; int ret = wait(&st); if ( ret > 0 && ( st & 0X7F ) == 0 ){ // 正常退出 printf("child exit code:%d\n", (st>>8)&0XFF); } else if( ret > 0 ) { // 异常退出 printf("sig code : %d\n", st&0X7F ); } } }
3、理解等待
- 以OS的视角理解：
- 父进程创建子进程，并调用系统接口wait/waitpid进行等待
- 系统会将当前进程放进等待队列，并将进程的状态设置为非R
- 当到一定程度时，系统会唤醒进程，进程由等待队列转为运行队列，同时状态变为R
四、进程替换
1、替换原理
用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序(但有可能执行不同的代码分支)
如果想执行不同程序，子进程可以调用一种exec函数以执行另一个程序
当进程调用一种exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执行
注：调用exec并不创建新进程，只是将进程的代码和数据写时拷贝成新程序的代码和数据（达到替换的效果），所以调用exec前后该进程的id并未改变
示图：
2、替换方法
exec系列函数原型：
#include <unistd.h>` int execl(const char *path, const char *arg, ...); int execlp(const char *file, const char *arg, ...); int execle(const char *path, const char *arg, ...,char *const envp[]); int execv(const char *path, char *const argv[]); int execvp(const char *file, char *const argv[]); int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
- 注意：
- 这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回（已经将代码和数据全部替换，执行新程序的执行逻辑）
- 如果调用出错则返回-1，所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值
- 命名理解：
l(list) : 表示参数采用列表的形式传入如何使用程序或者命令 v(vector) : 参数用数组 p(path) : 有p自动搜索环境变量PATH e(env) : 表示自己维护环境变量
具体使用介绍
//子进程替换程序为ls命令 execl("/user/bin/ls","ls","-i","-a","-l",NULL); //注：l表示列表形式，即以可变参数的形式使用程序，最后一个参数需要传入NULL，表示参数传入结束 execlp("ls","ls","-i","-a","-l",NULL); //注：对于ls这样的系统命令，其路径被储存在PATH环境变量里，execlp函数会自动到PATH里通过各路径去寻找ls命令；如果系统程序指令，则要么拷贝程序到PATH里的某个路径下，或者添加程序路径到PATH变量里 //注：对于这里两个ls其实并不冲突，第一个表示程序的名称，第二个表示如何通过参数列表使用程序（使用时需要带上名称） char* const MY_Env[]={ "MYENV=hello linux",NULL } execle("./mycmd","mycmd",NULL,MY_Env); //注：对于不是当前环境变量，需要自己组装，或者将添加到当前环境变量里 char* const MY_acgv[]={ "ls", ,"-l" ,"-a" ,"-i" ,NULL } execv("/user/bin/ls",MY_acgv); //注：v表示数组的形式传入参数列表 execvp("ls",MY_acgv); execve("/user/bin/ls",MY_acgv,env);
- 示例：替换程序为mycmd
test_exec.c: #include<stdio.h> #include<unistd.h> #include<sys/types.h> #include<wait.h> #include<stdlib.h> int main() { pid_t id=fork(); if(id==0) { //child printf("I am child :pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid()); execl("./mycmd","mycmd",NULL); exit(1); } printf("I am father:pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid()); int status=0; pid_t ret=waitpid(id,&status,0); if(ret>0&&WIFEXITED(status)) { printf("wait for id:%d eixt code:%d\n",id,WEXITSTATUS(status)); } else if(ret>0) { printf("eixt error sign:%d codedump:%d\n",status&0x7F,(status>>7)&1); } return 0; } mycmd.c: #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { for(int i =0; i < 10; i ++) printf("cmd: %d\n", i); printf("MYENV: %s", getenv("MYENV")); return 0; } Makefile: .PHONY:all all: exec_cmd mycmd exec_cmd:exec_cmd.c gcc -o $@ $^ mycmd:mycmd.c gcc -o $@ $^ -std=c99 .PHONY:clean clean: rm -f exec_cmd mycmd
结果：
注：本质上只有execve是真正的系统调用，其它五个函数最终都调用execve（在系统调用上的一个封装），所以execve在man手册 第2节，其它函数在man手册第3节
示图：
注：对于软件或者程序执行，要预先将存在磁盘里的软件或者程序加载到CPU上，而我们也可以将exec系列函数看作是一种特殊的加载器
五、实现简易shell
shell视角执行：
shell读取新的一行输入，建立一个新的进程，在这个进程中运行程序并等待这个进程结束，再进行新的输入读取
注意：
对于shell来说作为命令行解释器，执行命令需要将执行结果给用户看到，这时候就需要子进程执行，让子进程的结果返回，即父进程等待回收子进程
但是对于一些内建命令则需要shell自己执行，例如执行cd …返回上层目录，我们希望的并不是子进程返回上层目录，所以需要shell自己执行
具体流程:
获取命令行
解析命令行
建立一个子进程（fork）
替换子进程（execvp）
父进程等待子进程退出（wait）
示图：
注：根据这些思路，和我们前面的学的技术，就可以自己来实现一个shell了
实现代码：
#include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <wait.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #define MAX 128 #define SIZE 32 char cmd_line[MAX];//保存获取输入 char* cmd_parse[SIZE];//命令选项 int main() { //不断执行 while(1) { memset(cmd_line,0,sizeof(cmd_line));//清空数据 printf("[zgj@myhost my_mini_shell]$ ");//显示词条 fflush(stdout);//强制刷新 if(fgets(cmd_line,sizeof(cmd_line)-1,stdin))//获取数据 { //获取成功，设置结束符 cmd_line[strlen(cmd_line)-1]='\0';//注意这里的下标需要减一，因为最后一个接收到的是回车符\n //切分命令选项 int index=0; cmd_parse[index]=strtok(cmd_line," "); while(cmd_parse[index]!=NULL) { index++; cmd_parse[index]=strtok(NULL," "); } //分析指令 if(strcmp(cmd_parse[0],"cd")==0) { if(chdir(cmd_parse[1])==0) continue; } else//非内置命令，子进程执行 { pid_t id=fork(); if(id==0) { //child execvp(cmd_parse[0],cmd_parse); exit(1); } //father int status=0; pid_t ret=waitpid(-1,&status,0); if(ret>0&&WIFEXITED(status)) { printf("exit code:%d\n",WEXITSTATUS(status)); } } } } return 0; }
