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Linux启动新进程的三种方法

程序中,我们有时需要启动一个新的进程,来完成其他的工作。
下面介绍了三种实现方法,以及这三种方法之间的区别。

1.system函数-调用shell进程,开启新进程
system函数,是通过启动shell进程,然后执行shell命令进程。
原型:

int system(const char *string);

string:shell命令字符串
返回值:成功返回命令退出码,无法启动shell,返回127错误码,其他错误,返回-1。

代码示例如下:
process_system.c

#include<stdlib.h>                                                              
#include<stdio.h>
int main()
{
        printf("Running ps with system\n");
        int code = system("ps au");//新进程结束后,system函数才返回
        //int code = system("ps au");//system函数立即返回
        printf("%d\n",code);
        printf("ps Done\n");
        exit(0);
}

输出结果:

system函数,在启动新进程时,必须先启动shell进程,因此使用system函数的效率不高。

2.exec系列函数-替换进程映像
exec系列函数调用时,启动新进程,替换掉当前进程。即程序不会再返回到原进程
除非exec调用失败。
exec启动的新进程继承了原进程的许多特性,如在原进程中打开的文件描述符在新进程中仍保持打开。
需要注意的是,在原进程中打开的文件流在新进程中将关闭。原因在于,我们在前面讲过进程间通信的方式,进程之间需要管道才能通信。

原型:

int execl(const char *path,const char *arg0,...,(char*)0);
int execlp(const char *file,const char *arg0,...,(char*)0);
int execle(const char *path,const char *arg0,...,(char*)0,char *const envp[]);

int execv(cosnt char *path,char *const argv[]);
int execvp(cosnt char *file,char *const argv[]);
int execve(cosnt char *path,char *const argv[],char *const envp[]);

path/file:进程命令路径/进程命令名
argc:命令参数列表
envp:新进程的环境变量
代码示例如下:
process_exec.c

#include<stdio.h>
int main()
{
    printf("Running ps with execlp\n");
    execlp("ps","ps","au",(char*)0);
    printf("ps done");
    exit(0);
}

输出结果:

可以看出,调用execlp函数后,原进程被新进程替换,原进程中printf("ps done");没有被执行到。

3.fork函数-复制进程映像
1)fork函数的使用
fork和exec的替换不同,调用fork函数,可复制一个和父进程一模一样的子进程。
执行的代码也完全相同,但子进程有自己的数据空间,环境和文件描述符。
原型:

pid_t fork();

父进程执行时,返回子进程的PID
子进程执行时,返回0

代码示例如下:
process_fork.c

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
    pid_t pid = fork();
    switch(pid)
    {
        case -1:
            perror("fork failed");
            exit(1);
            break;
        case 0:
            printf("\n");
            execlp("ps","ps","au",0);
            break;
        default:
            printf("parent,ps done\n");
            break;
    }
    exit(0);
}

输出结果:

调用fork函数后,新建了一个子进程,拷贝父进程的代码,数据等到子进程的内存空间。父进程和子进程执行互不影响。使用fork函数的返回值,来区分执行的是父进程,还是子进程

2)僵尸进程
子进程退出后,内核会将子进程置为僵尸状态。此时,子进程只保留了最小的一些内核数据结构,如退出码,以便父进程查询子进程的退出状态。这时,子进程就是一个僵尸进程。

在父进程中调用wait或waitpid函数,查询子进程的退出状态,可以避免僵尸进程
原型:

pid_t wait(int *stat_loc);
pid_t waitpid(pid_t pid,int *stat_loc,int options);

stat_loc:若不是空指针,则子进程的状态码会被写入该指针指向的位置
pid:等待的子进程的进程号pid
options:标记阻塞或非阻塞模式
返回值:成功返回子进程的pid,若子进程没有结束或意外终止,返回0

wait:阻塞模式(使用了信号量),父进程调用wait时,会暂停执行,等待子进程的结束。
wait调用返回后,子进程会彻底销毁。

waitpid:与wait不同的是,
a.可以表示四种不同的子进程类型
     pid==-1 等待任何一个子进程,此时waitpid的作用与wait相同
  pid >0 等待进程ID与pid值相同的子进程
  pid==0 等待与调用者进程组ID相同的任意子进程
  pid<-1 等待进程组ID与pid绝对值相等的任意子进程
b.当options的值为WNOHANG时,为非阻塞模式,即waitpid会立即返回
此时,可以循环查询子进程的状态,若子进程未结束,waitpid返回,做其他工作。
这样提高了程序的效率。

wait函数使用示例如下:
process_fork3.c

#include<wait.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
    pid_t pid = fork();
    int stat = 0;
    switch(pid)
    {
        case -1:
            perror("fork failed");
            exit(1);
            break;
        case 0:
            printf("\n");
            exit(0);
            break;
        default:
            pid = wait(&stat);
            printf("Child has finished:PID=%d\n",pid);
            printf("parent,ps done\n");
            break;
    }
    exit(0);
}

输出结果:

waitpid函数使用示例如下:
process_fork2.c

#include<wait.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
    pid_t pid = fork();
    int stat = 0;
    switch(pid)
    {
        case -1:
            perror("fork failed");
            exit(1);
            break;
        case 0:
            printf("\n");
            execlp("ps","ps","au",0);
            break;
        default:
            do
            {
                pid = waitpid(pid,&stat,WNOHANG);
                if(pid==0)
                {
                    printf("parent do something else.\n");
                    sleep(1);
                }
            }while(pid==0);
            printf("Child has finished:PID=%d\n",pid);
            printf("parent,ps done\n");
            break;
    }
    exit(0);
}

输出结果:

4.启动新进程三种方法的比较
1)system函数最简单,启动shell进程,并在shell进程中执行新的进程。
效率不高,system函数必须等待子进程返回才能接着执行。

2)exec系列函数用新进程替换掉原进程,但不会返回到原进程,除非调用失败。
该函数继承了许多原进程的特性,效率也较高。

3)fork函数,复制一个子进程,和父进程一模一样,但是拥有自己的内存空间。父子进程执行互不影响。需要注意僵尸子进程的问题。


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