Linux 进程编程

Linux通过维护者五个状态来调度进程的运行。这五个状态分别为：运行、可中断、不可中断、僵死、停止 。

PID来标识不同的进程的，Linux中每一个进程都有一个唯一的进程号 。

PCB块就是一个进程资源

1.fork函数
include <unistd.h>
pid_t fork (void)
返回值 0:子进程   子进程ID(大于0)   -1:出错
使用fork函数得到的子进程是父进程的一个复制品。使用fork函数的代价很大，它复制了父进程中的代码段、数据段和堆栈段里的大部分内容。

2. exec函数族
include <unistd.h>
int   execl(  char *path , char *arg0,char *arg1,...,char *argn,NULL)

int   execle( char *path , char *arg0,char *arg1,...,char *argn,NULL,char *envp[])

int   execlp( char *file, char *arg0,char *arg1,...,NULL)

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

int   execve( char *path , char *argv[],char *envp[])

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

返回值: -1 出错。

在exec函数族中,后缀l、v、p、e添加到exec后，所指定的函数将具有某种操作能力
后缀 p时，函数可以利用PATH变量查找子程序文件假如你希望执行命令 /bin/cat /etc/passwd/etc/group,只要直接写cat  passwd  group
后缀为 l  时，希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志execl("/bin/cat","/etc/passed","/etc/group",NULL);
后缀 v 时，希望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针char* argv[] = {"/bin/cat","/etc/passed","/etc/group",NULL} 
              execv("/bin/cat", argv );
后缀 e 时，函数传递指定参数envp，允许改变子进程的环境，无后缀e时，子进程使用当前程序的环境。 envp也是一个以NULL结尾的字符串数组指针

int main(int argc, char *argv[], char *envp[])

　它可能与绝大多数教科书上描述的都不一样，但实际上，这才是main函数真正完整的形式。

　参数argc指出了运行该程序时命令行参数的个数，数组argv存放了所有的命令行参数，数组envp存放了所有的环境变量。

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

　　对比一下main函数的完整形式，看出问题了吗？是的，这两个函数里的argv和envp是完全一一对应的关系。execve第1个参数 path是被执行应用程序的完整路径，第2个参数argv就是传给被执行应用程序的命令行参数，第3个参数envp是传给被执行应用程序的环境变量。

留心看一下这6个函数还可以发现，前3个函数都是以execl开头的，后3个都是以execv开头的，它们的区别在于，execv开头的函数是 以"char*argv[]"这样的形式传递命令行参数，而execl开头的函数采用了我们更容易习惯的方式，把参数一个一个列出来，然后以一个NULL 表示结束。这里的NULL的作用和argv数组里的NULL作用是一样的。

　　在全部6个函数中，只有execle和execve使用了char*envp[]传递环境变量，其它的4个函数都没有这个参数，这并不意味着它 们不传递环境变量，这4个函数将把默认的环境变量不做任何修改地传给被执行的应用程序。而execle和execve会用指定的环境变量去替代默认的那 些。

　　还有2个以p结尾的函数execlp和execvp，咋看起来，它们和execl与execv的差别很小，事实也确是如此，除execlp和 execvp之外的4个函数都要求，它们的第1个参数path必须是一个完整的路径，如"/bin/ls"；而execlp和execvp的第1个参数 file可以简单到仅仅是一个文件名，如"ls"，这两个函数可以自动到环境变量PATH制定的目录里去寻找。

　1 简介

　　说是exec系统调用，实际上在Linux中，并不存在一个exec()的函数形式，exec指的是一组函数，一共有6个，分别是：

　　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[]);

　　其中只有execve 是真正意义上的系统调用，其它都是在此基础上经过包装的库函数。

　　exec函数族的作用是根据指定的文件名找到可执行文件，并用它来取代调用进程的内容，换句话说，就是在调用进程内部执行一个可执行文件 。这里的可执行文件既可以是二进制文件，也可以是任何Linux下可执行的脚本文件。

　　与一般情况不同，exec函数族的函数执行成功后不会返回，因为调用进程的实体，包括代码段，数据段和堆栈等都已经被新的内容取代，只留下进程 ID等一些表面上的信息仍保持原样，颇有些神似"三十六计"中的"金蝉脱壳"。看上去还是旧的躯壳，却已经注入了新的灵魂。只有调用失败了，它们才会返回 一个-1，从原程序的调用点接着往下执行。

　　现在我们应该明白了，Linux下是如何执行新程序的，每当有进程认为自己不能为系统和拥护做出任何贡献了，他就可以发挥最后一点余热，调用任 何一个exec，让自己以新的面貌重生；或者，更普遍的情况是，如果一个进程想执行另一个程序，它就可以fork出一个新进程，然后调用任何一个 exec，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。

　　事实上第二种情况被应用得如此普遍，以至于Linux专门为其作了优化，我们已经知道，fork会将调用进程的所有内容原封不动的拷贝到新产生的子

　　进程中去，这些拷贝的动作很消耗时间，而如果fork完之后我们马上就调用exec，这些辛辛苦苦拷贝来的东西又会被立刻抹掉，这看起来非常不 划算，于是人们设计了一种"写时拷贝（copy-on-write）"技术，使得fork结束后并不立刻复制父进程的内容，而是到了真正实用的时候才复 制，这样如果下一条语句是exec，它就不会白白作无用功了，也就提高了效率。

　　2 稍稍深入

　　上面6条函数看起来似乎很复杂，但实际上无论是作用还是用法都非常相似，只有很微小的差别。在学习它们之前，先来了解一下我们习以为常的main函数。

　　下面这个main函数的形式可能有些出乎我们的意料：

　　int main(int argc, char *argv[], char *envp[])

　　它可能与绝大多数教科书上描述的都不一样，但实际上，这才是main函数真正完整的形式。

　　参数argc指出了运行该程序时命令行参数的个数，数组argv存放了所有的命令行参数，数组envp存放了所有的环境变量。环境变量指的是一组值，从用户登录后就一直存在，很多应用程序需要依靠它来确定系统的一些细节，我们最常见的环境变量是PATH，它指出了应到哪里去搜索应用程序，如

　　/bin；HOME也是比较常见的环境变量，它指出了我们在系统中的个人目录。环境变量一般以字符串"XXX=xxx"的形式存在，XXX表示变量名，xxx表示变量的值。

　　值得一提的是，argv数组和envp数组存放的都是指向字符串的指针，这两个数组都以一个NULL元素表示数组的结尾。

　　我们可以通过以下这个程序来观看传到argc、argv和envp里的都是什么东西：

1. /* main.c */
2. int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
3. {
4. 　　printf("\n### ARGC ###\n%d\n", argc);
5. 　　printf("\n### ARGV ###\n");
6. 　　while(*argv)
7. 　　    printf("%s\n", *(argv++));
8. 　　printf("\n### ENVP ###\n");
9. 　　while(*envp)
10. 　　    printf("%s\n", *(envp++));
11. return 0;
12. }

　　编译它：

　　$ cc main.c -o main

　　运行时，我们故意加几个没有任何作用的命令行参数：

./main -xx 000

结果如下:

1. ### ARGC ###
2. 3
3. ### ARGV ###
4. ./main
5. -xx
6. 000
7. ### ENVP ###
8. SHELL=/bin/bash
9. TERM=xterm
10. XDG_SESSION_COOKIE=a22b29a83538f728e1eb55634e0d3ce5-1333068076.875472-2013090315
11. USER=root
12. LS_COLORS=rs=0:di=01;34:ln=01;36:hl=44;37:pi=40;33:so=01;35:do=01;35:bd=40;33;01:cd=40;33;01:or=40;31;01:su=37;41:sg=30;43:ca=30;41:tw=30;42:ow=34;42:st=37;44:ex=01;32:*.tar=01;31:*.tgz=01;31:*.arj=01;31:*.taz=01;31:*.lzh=01;31:*.lzma=01;31:*.zip=01;31:*.z=01;31:*.Z=01;31:*.dz=01;31:*.gz=01;31:*.bz2=01;31:*.bz=01;31:*.tbz2=01;31:*.tz=01;31:*.deb=01;31:*.rpm=01;31:*.jar=01;31:*.rar=01;31:*.ace=01;31:*.zoo=01;31:*.cpio=01;31:*.7z=01;31:*.rz=01;31:*.jpg=01;35:*.jpeg=01;35:*.gif=01;35:*.bmp=01;35:*.pbm=01;35:*.pgm=01;35:*.ppm=01;35:*.tga=01;35:*.xbm=01;35:*.xpm=01;35:*.tif=01;35:*.tiff=01;35:*.png=01;35:*.svg=01;35:*.svgz=01;35:*.mng=01;35:*.pcx=01;35:*.mov=01;35:*.mpg=01;35:*.mpeg=01;35:*.m2v=01;35:*.mkv=01;35:*.ogm=01;35:*.mp4=01;35:*.m4v=01;35:*.mp4v=01;35:*.vob=01;35:*.qt=01;35:*.nuv=01;35:*.wmv=01;35:*.asf=01;35:*.rm=01;35:*.rmvb=01;35:*.flc=01;35:*.avi=01;35:*.fli=01;35:*.flv=01;35:*.gl=01;35:*.dl=01;35:*.xcf=01;35:*.xwd=01;35:*.yuv=01;35:*.axv=01;35:*.anx=01;35:*.ogv=01;35:*.ogx=01;35:*.aac=00;36:*.au=00;36:*.flac=00;36:*.mid=00;36:*.midi=00;36:*.mka=00;36:*.mp3=00;36:*.mpc=00;36:*.ogg=00;36:*.ra=00;36:*.wav=00;36:*.axa=00;36:*.oga=00;36:*.spx=00;36:*.xspf=00;36:
13. MAIL=/var/mail/root
14. PATH=/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/local/arm/4.3.2/bin
15. PWD=/home/jerry/studylinux
16. LANG=zh_CN.UTF-8
17. SPEECHD_PORT=6560
18. SHLVL=1
19. HOME=/root
20. LANGUAGE=zh_CN:zh
21. LOGNAME=root
22. LESSOPEN=| /usr/bin/lesspipe %s
23. DISPLAY=:0.0
24. LESSCLOSE=/usr/bin/lesspipe %s %s
25. XAUTHORITY=/var/run/gdm/auth-for-jerry-qvFa5I/database
26. COLORTERM=gnome-terminal
27. _=./main
28. OLDPWD=/home/jerry

我们看到，程序将"./main"作为第1个命令行参数，所以我们一共有3个命令行参数。这可能与大家平时习惯的说法有些不同，小心不要搞错了。

　　现在回过头来看一下exec函数族，先把注意力集中在execve上：

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

　　对比一下main函数的完整形式，看出问题了吗？是的，这两个函数里的argv和envp是完全一一对应的关系。execve第1个参数 path是被执行应用程序的完整路径，第2个参数argv就是传给被执行应用程序的命令行参数，第3个参数envp是传给被执行应用程序的环境变量。

　　留心看一下这6个函数还可以发现，前3个函数都是以execl开头的，后3个都是以execv开头的，它们的区别在于，execv开头的函数是 以"char*argv[]"这样的形式传递命令行参数，而execl开头的函数采用了我们更容易习惯的方式，把参数一个一个列出来，然后以一个NULL 表示结束。这里的NULL的作用和argv数组里的NULL作用是一样的。

　　在全部6个函数中，只有execle和execve使用了char*envp[]传递环境变量，其它的4个函数都没有这个参数，这并不意味着它 们不传递环境变量，这4个函数将把默认的环境变量不做任何修改地传给被执行的应用程序。而execle和execve会用指定的环境变量去替代默认的那 些。

　　还有2个以p结尾的函数execlp和execvp，咋看起来，它们和execl与execv的差别很小，事实也确是如此，除execlp和 execvp之外的4个函数都要求，它们的第1个参数path必须是一个完整的路径，如"/bin/ls"；而execlp和execvp的第1个参数 file可以简单到仅仅是一个文件名，如"ls"，这两个函数可以自动到环境变量PATH制定的目录里去寻找。

3 实战

　　知识介绍得差不多了，接下来我们看看实际的应用：

1. /* exec.c */
2. #include
3. main()
4. {
5. 　　char *envp[]={"PATH=/tmp",
6. 　　              "USER=lei",
7. 　　              "STATUS=testing",
8. 　                NULL};
9. 　　char *argv_execv[]={"echo", "excuted by execv", NULL};
10. 　　char *argv_execvp[]={"echo", "executed by execvp", NULL};
11. 　　char *argv_execve[]={"env", NULL};
12. 　　if(fork()==0)
13. 　　if(execl("/bin/echo", "echo", "executed by execl", NULL)
14. }

　　程序里调用了2个Linux常用的系统命令，echo和env。echo会把后面跟的命令行参数原封不动的打印出来，env用来列出所有环境变量。

　　由于各个子进程执行的顺序无法控制，所以有可能出现一个比较混乱的输出--各子进程打印的结果交杂在一起，而不是严格按照程序中列出的次序。

　　编译并运行：

　　

1. $ cc exec.c -o exec
2. 　　$ ./exec
3. 　　executed by execl
4. 　　PATH=/tmp
5. 　　USER=lei
6. 　　STATUS=testing
7. 　　executed by execlp
8. 　　excuted by execv
9. 　　executed by execvp
10. 　　PATH=/tmp
11. 　　USER=lei
12. 　　STATUS=testing

　　果然不出所料，execle输出的结果跑到了execlp前面。

　　大家在平时的编程中，如果用到了exec函数族，一定记得要加错误判断语句。因为与其他系统调用比起来，exec很容易受伤，被执行文件的位置，权限等很多因素都能导致该调用的失败。最常见的错误是：

　　找不到文件或路径，此时errno被设置为ENOENT；

　　数组argv和envp忘记用NULL结束，此时errno被设置为EFAULT；

　　没有对要执行文件的运行权限，此时errno被设置为EACCES。

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