20155305《信息安全系统设计基础》10月18日课堂 fork，exic，wait

fork（）函数

1.fork函数作用

一般来讲, 我们编写1个普通的c程序, 运行这个程序直到程序结束, 系统只会分配1个pid给这个程序, 也就就说, 系统里只会有一条关于这个程序的进程.

但是执行了fork() 这个函数就不同了.

fork 这个英文单词在英文里是"分叉"意思, fork() 这个函数作用也很符合这个意思. 它的作用是复制当前进程(包括进程在内存里的堆栈数据)为1个新的镜像. 然后这个新的镜像和旧的进程同时执行下去. 相当于本来1个进程, 遇到fork() 函数后就分叉成两个进程同时执行了. 而且这两个进程是互不影响。

参考下面这个小程序:

    #include<stdio.h>
    int main(){
        printf("it's the main process step 1!\n");
        fork();
        printf("step2 after fork() !\n");
        int i; scanf("%d",&i);
        return 0;
    }

在这个函数里, 共有两条printf语句, 但是执行执行时则打出了3行信息. 如下图:

fork()函数将这个程序分叉了啊, 见下面的图解:

可以见到程序在fork()函数执行时都只有1条主进程, 所以 step 1 会被打印输出1次.

执行 fork()函数后, 程序分叉成为了两个进程, 1个是原来的主进程, 另1个是新的子进程, 它们都会执行fork() 函数后面的代码, 所以 step2 会被两条进程分别打印输出各一次, 屏幕上就总共3条printf 语句了!

可以见到这个函数最后面用了 scanf()函数来防止程序退出, 这时查看系统的进程, 就会发现两个相同名字的进程:

1. 区别分主程序和子程序.
  
          实际应用中, 单纯让程序分叉意义不大, 新增一个子程序, 很可能是为了让子进程单独执行一段代码. 实现与主进程不同的功能.
  
           要实现上面所说的功能, 实际上就是让子进程和主进程执行不同的代码.
  
           所以fork() 实际上有返回值, 而且在两条进程中的返回值是不同的, 在主进程里 fork()函数会返回主进程的pid,   而在子进程里会返回0!   所以我们可以根据fork() 的返回值来判断进程到底是哪个进程, 就可以利用if 语句来执行不同的代码

如下面这个小程序fork1():

#include<stdio.h>
int main(){
int childpid;
int i;
if (fork() == 0){
 //child process
    for (i=1; i<=8; i++){
	 printf("This is child process\n");
   }
}else{
	    //parent process
    for(i=1; i<=8; i++){
    	printf("This is parent process\n");
    }
   }
printf("step2 after fork() !!\n\n");
}

对fork() 函数的返回值进行了判断, 如果返回值是0, 我就让认为它是子进程, 否则是主程序. 那么我就可以让这两条进程输出不同的信息了.

输出信息如下图:

下面是图解:

由图解知两条进程都对fork()返回值执行判断, 在if 判断语句中分别执行各自的代码. 但是if判断完成后, 还是会回各自执行接下来的代码. 所以 step2 还是输出了2次.

wait() 函数

1.主程序和子程序的执行次序是随机的, 但是实际情况下, 通常我们希望子进程执行后, 才继续执行主进程.

例如对于上面的fork1()函数, 我想先输出子进程的8个 "This is child process" 然后再输出 8个主进程"This is parent process"

wait()函数就提供了这个功能, 在if 条件内的主进程呢部分内加上wait() 函数, 就可以让主进程执行fork()函数时先hold 住, 等子进程退出后再执行, 通常会配合子进程的exit()函数一同使用.

我将fork1()函数修改一下, 添加了wait()语句:
```
   #include<stdio.h>
   int main(){
      int childpid;
      int i;
      if (fork() == 0){
          //child process
          for (i=1; i<=8; i++){
          	printf("This is child process\n");
      }
          exit(0);
      }else{
          //parent process
          wait();
          for(i=1; i<=8; i++){
  	        printf("This is parent process\n");
          }
      }
      printf("step2 after fork() !!\n\n");
  }
```

输出结果：

屏幕输出就很有规律了。

流程图:

exec 函数组

1.需要注意的是exec并不是1个函数, 其实它只是一组函数的统称, 它包括下面6个函数:

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[]);

这6个函数名字不同, 而且他们用于接受的参数也不同.

       实际上他们的功能都是差不多的, 因为要用于接受不同的参数所以要用不同的名字区分它们, 毕竟c语言没有函数重载的功能



命名规则:



e后续, 参数必须带环境变量部分,   环境变零部分参数会成为执行exec函数期间的环境变量, 比较少用

        l 后续,   命令参数部分必须以"," 相隔, 最后1个命令参数必须是NULL

        v 后续,   命令参数部分必须是1个以NULL结尾的字符串指针数组的头部指针.         例如char * pstr就是1个字符串的指针, char * pstr[] 就是数组了, 分别指向各个字符串.

        p后续,   执行文件部分可以不带路径, exec函数会在$PATH中找

还有1个注意的是, exec函数会取代执行它的进程, 也就是说, 一旦exec函数执行成功, 它就不会返回了, 进程结束. 但是如果exec函数执行失败, 它会返回失败的信息, 而且进程继续执行后面的代码!

通常exec会放在fork() 函数的子进程部分, 来替代子进程执行啦, 执行成功后子程序就会消失, 但是执行失败的话, 必须用exit()函数来让子进程退出!

加分题-mybash的实现

使用fork,exec,wait实现mybash
写出伪代码，产品代码和测试代码
发表知识理解，实现过程和问题解决的博客（包含代码托管链接）

代码托管

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MAX 128
void eval (char *cmdline);
int parseline (char *buf, char **argv);
int builtin_command(char **argv);
int main()
{
    char cmdline[MAX];
    while(1){
        printf("20155305/class3/myshell ");
        fgets(cmdline,MAX,stdin);
        if(feof(stdin))
        {
            printf("error");
            exit(0);
        }
        eval(cmdline);
    }
}
void eval(char *cmdline)
{
    char *argv[MAX];
    char buf[MAX];
    int bg;
    pid_t pid;
    strcpy(buf,cmdline);
    bg = parseline(buf,argv);
    if(argv[0]==NULL)
        return;
    if(!builtin_command(argv))
    {
    if((pid=fork()) == 0)
    {
        if(execvp(argv[0],argv) < 0) {
            printf("%s : Command not found.\n",argv[0]);
            exit(0);
        }
    }
    if(!bg){
        int status;
        if(waitpid(-1,&status,0) < 0)
            printf("waitfg: waitpid error!");
    }
    else
        printf("%d %s",pid, cmdline);
    return;
    }
}
int builtin_command(char  **argv)
{
    if(!strcmp(argv[0], "quit"))
        exit(0);
    if(!strcmp(argv[0],"&"))
        return 1;
    return 0;
}
int parseline(char *buf,char **argv)
{
    char *delim;
    int argc;
    int bg;
    buf[strlen(buf)-1]=' ';
    while(*buf && (*buf == ' '))
        buf++;
    argc=0;
    while( (delim = strchr(buf,' '))){
        argv[argc++] = buf;
        *delim= '\0';
        buf = delim + 1;
        while(*buf && (*buf == ' '))
            buf++;
    }
    argv[argc] = NULL;
    if(argc == 0)
        return 1;
    if((bg=(*argv[argc-1] == '&')) != 0)
        argv[--argc] = NULL;
    return bg;
}