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news 2025/7/1 7:04:00
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Linux進(jìn)程控制(2)

📟作者主頁(yè)：慢熱的陜西人

🌴專欄鏈接：Linux

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本博客主要內(nèi)容講解了進(jìn)程等待收尾內(nèi)容和進(jìn)程的程序替換，以及進(jìn)程程序替換的原理，進(jìn)程程序替換的7個(gè)重要接口

文章目錄

  • Linux進(jìn)程控制(2)
    • 1.進(jìn)程等待(續(xù))
    • 2.進(jìn)程程序替換
      • 2.1 程序替換是如何完成的---單線程版
      • 2.2程序替換的原理
      • 2.3引入多進(jìn)程，使用所有程序替換的接口
        • 熟悉所有的替換程序接口(7個(gè))

1.進(jìn)程等待(續(xù))

我們稍微改造一下，之前進(jìn)程等待的時(shí)候，父進(jìn)程不要阻塞等待的代碼，讓父進(jìn)程真正的去運(yùn)行一些任務(wù)。

我們采用函數(shù)回調(diào)的方式，讓父進(jìn)程在等待子進(jìn)程的時(shí)候也可以去運(yùn)行自己的一些任務(wù)！

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include<stdlib.h>#define TASK_NUM 10//預(yù)設(shè)一批任務(wù)
void sync_disk()
{printf("這是一個(gè)刷新數(shù)據(jù)的任務(wù)\n");
}void sync_log()
{printf("這是一個(gè)同步日志的任務(wù)\n");
}void net_send()
{printf("這是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的任務(wù)\n");
}                                                                                                                                                            //保存相關(guān)的任務(wù)
typedef void (*func_t)(); //定義了一個(gè)函數(shù)指針類型
func_t orther_task[TASK_NUM] = {NULL}; //裝載任務(wù)
int Load_Task(func_t fuc)
{int i = 0;for(; i < TASK_NUM; ++i){if(orther_task[i] == NULL) break;}if(TASK_NUM == i) return -1;else orther_task[i] = fuc;return 0;
}//初始化函數(shù)指針數(shù)組
void Init_Task()
{for(int i = 0; i < TASK_NUM; ++i) orther_task[i] = NULL;Load_Task(sync_disk);  Load_Task(sync_log);Load_Task(net_send);
}void Run_Task()
{for(int i = 0; i < TASK_NUM; ++i){if(orther_task[i] == NULL) continue;else orther_task[i]();}
}int main()
{pid_t id = fork();if(id == 0){//子進(jìn)程int cnt = 5;while(cnt){printf("我是子進(jìn)程，我還活著呢，我還有%dS，我的pid：%d，我的ppid：%d\n", cnt--, getpid(), getppid());sleep(1);}exit(0);}Init_Task();while(1){int status = 0;pid_t ret_id = waitpid(id, &status, WNOHANG);// 夯住了if(ret_id < 0){printf("waitpid_error\n");}else if(ret_id == 0){Run_Task();                                                                                                                                          sleep(1);continue;}else{printf("我是父進(jìn)程，我等待成功了，我的pid：%d，我的ppid：%d, ret_id: %d, child exit code: %d, child exit signal:%d\n",getpid(), getppid(), ret_id, (status >> 8)&0xFF, status & 0x7F);exit(0);}sleep(1); }return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

image-20231109151934831

繼續(xù)改進(jìn)，我們之前獲取進(jìn)程退出碼的時(shí)候是使用(status >> 8)& 0xFF的方式來(lái)進(jìn)行獲取的，那么實(shí)際上C庫(kù)也給我們提供了兩個(gè)宏來(lái)幫助我們獲取進(jìn)程的退出碼：

status:
WIFEXITED(status): 若為正常終止子進(jìn)程返回的狀態(tài)，則為真。（查看進(jìn)程是否是正常退出）
WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子進(jìn)程退出碼。（查看進(jìn)程的退出碼）

我們用這兩個(gè)宏來(lái)優(yōu)化一下我們等待成功，也就是子進(jìn)程結(jié)束的時(shí)候的代碼：

      else                                                                                       {                                                                                            //等待成功                                                                                   if(WIFEXITED(status))                                                       {                                                                                         //正常退出                                                                                 printf("wait success, child exit code :%d", WEXITSTATUS(status));                           }                                                                                             else {                                                                                             //異常退出                                                                                printf("wait success, child exit signal :%d", status & 0x7F);    }            exit(0);    }

正常退出：

image-20231109153300831

異常退出：我們嘗試在父進(jìn)程等待的時(shí)候殺掉子進(jìn)程：

image-20231109153505131

2.進(jìn)程程序替換

我們?yōu)槭裁葱枰獎(jiǎng)?chuàng)建子進(jìn)程？為了讓子進(jìn)程幫我執(zhí)行特定的任務(wù)；

①讓子進(jìn)程執(zhí)行父進(jìn)程的一部分代碼；

②如果子進(jìn)程指向一段全新的代碼呢？這時(shí)候我們就需要進(jìn)程的程序替換！

也是為什么需要進(jìn)程的程序替換。

2.1 程序替換是如何完成的—單線程版

代碼：

#include<stdio.h>    
#include<stdlib.h>    
#include<unistd.h>    int main()    
{    printf("begin......\n");    printf("begin......\n");    printf("begin......\n");    printf("begin......\n");    printf("begin......\n");    execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);                                                           printf("end........\n");    printf("end........\n");    printf("end........\n");    printf("end........\n");    printf("end........\n");    return 0;    
}

運(yùn)行結(jié)果：

那么我們可以看到這個(gè)進(jìn)程運(yùn)行了開始的begin....,然后運(yùn)行了ls,但是后面的end...卻不見(jiàn)了。

這是因?yàn)榘l(fā)生了進(jìn)程的程序的替換，簡(jiǎn)要的原理就是，操作系統(tǒng)通過(guò)提供的地址/bin/ls從磁盤中拿出ls然后選到指定的文件ls,在輸入一些參數(shù)-a, -l，以NULL表示結(jié)束。

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2.2程序替換的原理

操作系統(tǒng)不動(dòng)當(dāng)前進(jìn)程的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而是去磁盤內(nèi)部拿到要替換的數(shù)據(jù)和代碼，將我們當(dāng)前進(jìn)程的數(shù)據(jù)和代碼替換掉。

當(dāng)進(jìn)程調(diào)用一種exec函數(shù)時(shí),該進(jìn)程的用戶空間代碼和數(shù)據(jù)完全被新程序替換,從新程序的啟動(dòng)例程開始執(zhí)行。

所以進(jìn)程的程序替換，是沒(méi)有創(chuàng)建新的進(jìn)程的。

image-20231109163349868

①站在進(jìn)程的角度

操作系統(tǒng)，幫我們?cè)诖疟P內(nèi)部找到我們要替換的數(shù)據(jù)和代碼，替換進(jìn)程的數(shù)據(jù)和代碼。

②站在程序的角度

這個(gè)程序被加載了，所以我們也稱execl這類函數(shù)為加載器。

我們?cè)诨氐揭婚_始，為什么我們程序后面的end.....卻沒(méi)有打印出來(lái)？

image-20231109164919209

原因是當(dāng)我們加載程序替換的時(shí)候，新的數(shù)據(jù)和代碼就進(jìn)入了進(jìn)程，當(dāng)前進(jìn)程后續(xù)沒(méi)有沒(méi)運(yùn)行的代碼就成為了老代碼，直接被替換了，沒(méi)有機(jī)會(huì)執(zhí)行了。

所以進(jìn)程的程序替換是整體替換，而不是局部替換。

所以我們接下來(lái)引入多進(jìn)程的程序替換

2.3引入多進(jìn)程，使用所有程序替換的接口

例程：

#include<stdio.h>    
#include<stdlib.h>    
#include<unistd.h>    
#include<sys/types.h>    
#include<sys/wait.h>    int main()    
{    pid_t id = fork();    if(id == 0)    {    //child    printf("我是子進(jìn)程：%d", getpid());    execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);    }    sleep(2);    //father    waitpid(id, NULL, 0);    printf("我是父進(jìn)程：%d\n", getpid());                                                                                                                      return 0;    
}

運(yùn)行結(jié)果：

我們看到execl之后父進(jìn)程的內(nèi)容也被運(yùn)行了

因?yàn)檫M(jìn)程的獨(dú)立性，所以進(jìn)程的程序替換只會(huì)影響調(diào)用程序替換的子進(jìn)程。

子進(jìn)程加載新程序的時(shí)候，是需要進(jìn)行程序替換的，發(fā)生寫時(shí)拷貝(子進(jìn)程執(zhí)行的可是全新的代碼啊，新的代碼，所以代碼區(qū)也可以發(fā)生寫時(shí)拷貝)

image-20231109172035019

那么對(duì)于execl這類加載函數(shù)，它有沒(méi)有返回值呢？

答案是分情況：

①替換成功是沒(méi)有返回值的

②替換失敗是有返回值的-1

原因是：假設(shè)替換替換成功了，那么我們?cè)撨M(jìn)程中的代碼和數(shù)據(jù)，都會(huì)被替換成新的代碼和數(shù)據(jù)，那么我們之前的返回值也就不復(fù)存在了，并且我們也不需要返回值了。

替換失敗的情況下，進(jìn)程之前的代碼和數(shù)據(jù)還是存在的，那么我們的返回值也是存在的，從而可以返回。

所以我們調(diào)用了加載函數(shù)之后我們不用去判斷它是否加載成功，只需要在函數(shù)后面返回異常即可。

失敗的例程：

#include<stdio.h>    
#include<stdlib.h>    
#include<unistd.h>    
#include<sys/types.h>    
#include<sys/wait.h>    int main()    
{    pid_t id = fork();    if(id == 0)    {    //child    printf("我是子進(jìn)程：%d\n", getpid());                                                                                                                    execl("/bin/lsss", "lsss", "-a", "-l", NULL);    exit(1);    }    sleep(2);    //father    int status;    waitpid(id,&status, 0);    printf("我是父進(jìn)程：%d, child exit signal:%d\n", getpid(), WEXITSTATUS(status));    return 0;    
}

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熟悉所有的替換程序接口(7個(gè))

①int execl(const char *path, const char *arg, ...);

例如：execl("/bin/ls", "ls", "-a", "-l", NULL);

l代表list；

path：路徑，也就是告訴操作系統(tǒng)，你要用來(lái)替換的程序，在磁盤的哪個(gè)路徑,例程里的/bin/ls；

arg：文件，是你要用來(lái)替換的文件名，例程里面的ls。

其中的...是可變參數(shù)列表,例程中的那些參數(shù)-a , -l。

其中最后我們要特別的輸入一個(gè)NULL參數(shù),告訴函數(shù)參數(shù)結(jié)束了；

②int execv(const char *path, char *const argv[]);

相比較第一個(gè)函數(shù)的差別就是，第一個(gè)函數(shù)要求我們一個(gè)一個(gè)的去傳參數(shù)，而第二個(gè)要求我們直接用數(shù)組的形式去傳，但是原則也是一樣的，數(shù)組的最后一個(gè)元素也要置成NULL。

我們?cè)谧舆M(jìn)程內(nèi)部調(diào)用的時(shí)候是這樣的：

先創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組，將這些參數(shù)一個(gè)一個(gè)放進(jìn)去，再傳給execv即可

那么其實(shí)v就是vector就是數(shù)組的意思；

   char* const argv[] =    {    "ls",    "-a",    "-l",    NULL    };    // execl("/bin/lsss", "lsss", "-a", "-l", NULL);    execv("/bin/ls", argv);                                                                                                                                 exit(1);    }

運(yùn)行結(jié)果：

image-20231109175259752

③int execlp(const char *file, const char *arg, ...);

p:當(dāng)我們指定執(zhí)行程序的時(shí)候，只需要指定程序名即可，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在**環(huán)境變量PATH**中查找。

也就是說(shuō)我們要用于替換的程序，必須在環(huán)境變量PATH中，或者說(shuō)我們?cè)诃h(huán)境變量PATH中設(shè)置過(guò)；

 execlp("ls", "ls", "-a", "-l", NULL);

image-20231109180335737

那么其中的兩個(gè)ls是不一樣的，一個(gè)是文件名，一個(gè)是參數(shù)。

④int execvp(const char *file, char *const argv[]);

v:表示參數(shù)以數(shù)組的形式傳入；

p:表示在環(huán)境變量PATH中去尋找用于替換的文件；

   char* const argv[] =                                                                                                                                   {    "ls",    "-a",    "-l",    NULL    };    execvp("ls", argv);

運(yùn)行結(jié)果：

image-20231109181025149

⑤int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]);

envp[]:叫做自定義環(huán)境變量，當(dāng)我們不想使用系統(tǒng)默認(rèn)的環(huán)境變量的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候我們就傳遞一個(gè)envp

比如我們現(xiàn)在要讓我們的調(diào)用exec目錄下的ortherproc來(lái)替換myproc的子進(jìn)程的后續(xù)代碼

image-20231109182618129

先用execl嘗試一下：

 execl("./exec/ortherproc", "ortherproc", NULL);

運(yùn)行結(jié)果：

image-20231109182932018

換成的動(dòng)態(tài)的效果再看看：

動(dòng)態(tài)效果

下來(lái)我們嘗試用execle來(lái)實(shí)現(xiàn)一下：

proc.c

   char* const envp[] =                                                                                                             {                                                                                                                                "MYENVP=UCanCMe!",    NULL    };    execle("./exec/ortherproc", "ortherproc",envp);

ortherproc.cc

for(int i = 0; i < 5; ++i)      
{      cout << "我是另一個(gè)程序，我的PID是 ：" << getpid() << endl;      cout << "MYENVP: " << (getenv("MYENVP")==NULL ? "NULL" : getenv("MYENVP")) << endl;           cout << "PATH: " << (getenv("PATH") == NULL ? "NULL" : getenv("PATH")) << endl;      sleep(1);                                                                     
}

運(yùn)行結(jié)果：

我們看到自定環(huán)境變量打印出來(lái)了，但是操作系統(tǒng)內(nèi)部的環(huán)境變量卻不見(jiàn)了，所以我們可以得到一個(gè)結(jié)論：

自定義環(huán)境變量覆蓋了，默認(rèn)的環(huán)境變量；

image-20231109193230574

我們傳默認(rèn)的環(huán)境變量試試：

extern char ** environ;execle("./exec/ortherproc", "ortherproc",NULL , environ);

運(yùn)行結(jié)果：

image-20231109193621091

那么如果我們兩個(gè)都要呢，那么有一個(gè)接口putenv給我們提供了一個(gè)將自定義環(huán)境變量追加到進(jìn)程的默認(rèn)環(huán)境變量的方法：接下來(lái)我們嘗試一下

   putenv("MYENVP=UCanCMe");    execle("./exec/ortherproc", "ortherproc", NULL, environ);

運(yùn)行結(jié)果：

image-20231109201734620

插播一段：

我們知道環(huán)境變量具有全局屬性，可以被子進(jìn)程繼承下去，那么操作系統(tǒng)是怎么辦到的？

只需要用execle的最后一個(gè)參數(shù)傳過(guò)去即可！

那么我們是不是不需要putenv也能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)都能被子進(jìn)程讀取到呢？

我們直接把自定義的環(huán)境變量export到bash中試試：

[mi@lavm-5wklnbmaja lesson6]$ export MYENVP=UCanCMe
[mi@lavm-5wklnbmaja lesson6]$ echo $MYENVP
UCanCMe

運(yùn)行結(jié)果：

我們發(fā)現(xiàn)是可行的，自定義環(huán)境變量-----> bash ----->父進(jìn)程------>子進(jìn)程

image-20231109202438896

⑥int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

p：不需要指定路徑，只要在環(huán)境變量?jī)?nèi)部即可；

v：參數(shù)以數(shù)組的形式傳入；

e：環(huán)境變量數(shù)組傳入；

使用方法都與上面的類似。

⑦int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

這個(gè)接口也不用過(guò)多介紹了，使用方法都是一樣的。

那么我們需要注意的是，在linux的man手冊(cè)中將區(qū)域六個(gè)接口都放在了3號(hào)手冊(cè)，唯獨(dú)這個(gè)卻放在了2號(hào)手冊(cè)。

其實(shí)操作系統(tǒng)只給我們提供了一個(gè)程序替換的接口execve,剩下的幾個(gè)接口都是由這個(gè)接口封裝出來(lái)的。

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并且我們程序替換的時(shí)候不僅可以替換C語(yǔ)言的，甚至其他的語(yǔ)言都可以替換，我上面的例子也做到了用C++替換，因?yàn)檫@些代碼都是交給操作系統(tǒng)來(lái)處理的而不是編譯器，所以不論是什么語(yǔ)言都是可以替換的！

到這本篇博客的內(nèi)容就到此結(jié)束了。
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