Linux环境编程第二天笔记

Linux环境编程第二天

fork()

fork()会使得进程本身被复制，父子进程几乎一模一样。
被复制的
- 实际的UID和GID，以及有效的UID和GID
- 所有的环境变量
- 进程组ID和会话ID
- 当前的工作路径，除非用chdir()修改
- 打开的文件
- 信号响应函数
- 整个内存空间、包括栈、堆、数据段、代码段、标准I/O的缓冲区
没被复制的
- 进程的PID
- 记录锁
- 挂起的信号。
子进程会从fork()返回值后的下一逻辑语句开始执行。
父子进程相平等，并发执行，无法确定谁先谁后。
·父子进程是相互独立的：子进程完整的复制了父进程的内存空间，从内存的角度来看，父子进程是相互独立、互不影响的（无论是栈、堆、全局、静态数据、文本数据，子进程在产生时都会拷贝一份，连同虚拟内存）。

fork()之前打开的文件，父子进程共享同一个文件的文件偏移量，但父进程提前退出，会导致终端回收 I/O 资源，子进程stdin失效。

//测试代码 int c = fgetc(stdin); if (c == EOF) { printf("子进程stdin已失效，无法读取输入\n"); // 重置文件指针（避免影响后续操作） clearerr(stdin); }

每个进程都有其独立的虚拟内存空间，而非物理内存
子进程的很多实现并不执行父进程的完整副本。作为替代，使用了写时复制（COW）技术，这些区域由父子进程共享，内核将其访问权限改为只读。如果父子进程中任意一个试图修改这些区域，内核会只为修改区域制作一个副本。

fork和vfork的区别：

fork函数采用写时复制：父子进程共享代码段，数据段和堆栈修改时才会复制，初始时共享物理内存
vfork完全共享地址空间：父子进程共用一套数据段和堆栈，无写时复制，子进程修改数据会直接影响父进程执行顺序
fork函数父子进程执行顺序不确定，由操作系统调度器决定。
fork强制子进程先执行，父进程会被阻塞，直到子进程调用exec函数簇替换程序或调用_exit退出。

设计目的

fouk适用于子进程需要独立执行父进程的代码，或后续执行其他操作。
vfork专为子进程创建后立即调用exec设计，减少内存复制开销提升效率。

安全性：

fork安全性高，父子进程地址空间相互隔离。
vfork安全性较低，子进程修改数据会覆盖父进程数据；如果子进程未及时调用exec/exit,容易引发程序异常

返回值

fork成功时父进程返回子进程PID，子进程返回0，失败返回-1。
vfork与fork完全一样。

退出进程

vfork创建的子进程必须调用_exit退出，不能调用exit，否则会刷新缓冲区

Linux提供了另一种进程创建函数clone(),它允许调用者控制哪一部分由父子进程共享

exit

exit和_exit区别：exit执行流程： 1、调用 atexit 注册退出处理函数。 2、刷新并打开所有打开的标准IO流。 3、删除创建的临时文件（tempfile函数）。 4、调用_exit进入内核态，进程终止，同时将 status（子进程的退出值）传递给父进程。

_exit执行流程： 1、直接触发内核态的系统调用，跳过所有用户态下的清理步骤。 2、内核负责关闭进程所有打开的文件描述符、释放内存资源等。 3、向父进程发送信号，传递status值。

wait和waitpid

wait和waitpid用于等待子进程的状态变化

#include <sys/types.h> #include <sys/wait.h>  pid_t wait(int *status); // 等待任意子进程 pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); // 等待特定子进程

如果status不是一个空指针，则终止进程的终止信号存放在它所指向的单元里.如果不关心终止状态，则可将该参数指定为空指针。

wait

等待任意一个子进程终止
如果子进程已经终止，则立即返回

wapid

参数pid	效果
pid==-1	等待任意子进程
pid>0	等待进程id与参数pid相等的子进程
pid==0	等待组id等于调用进程组id的任意进程
pid<-1	等待id等于参数pid的绝对值的子进程

参数options
0	默认，阻塞等待
WNOHANG	非阻塞，如果没有子进程退出则立即返回
WUNTRACED	如果子进程暂停，也返回（比如Ctrl+c）

如果一个进程希望等待子进程终止，它可以使用wait();
如果一个进程希望等待父进程终止，则可以
while(getppid()!=1) { sleep(1); }

exec簇

当进程调用exec函数时，该进程会完全替换为新程序

返回值：成功不返回，失败返回-1

#include <unistd.h>  extern char **environ;  int execl(const char *path, const char *arg, ... /* (char *) NULL */); int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char *) NULL */); int execle(const char *path, const char *arg, ... /*, (char *) NULL, char * const envp[] */); int execv(const char *path, char *const argv[]); int execvp(const char *file, char *const argv[]); int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]); // GNU扩展

参数	意义
path	即将被加载执行的ELF文件或脚本的路径
file	即将被加载执行的ELF文件或脚本的名字
arg	以列表方式罗列的的ELF文件或脚本的参数
argv[]	以数组方式组织的ELF文件或脚本的参数
envp[]	用户自定义的环境变量数组

字母	说明
l	参数以列表形式传递（可变参数）
v	参数以数组形式传递
p	在`PATH`环境变量中查找可执行文件
e	可以指定新的环境变量