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技术 2022年11月23日
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有时候,我们需要在自己的程序(进程)中启动另一个程序(进程)来帮助我们完成一些工作,那么我们需要怎么才能在自己的进程中启动其他的进程呢?在Linux中提供了不少的方法来实现这一点,下面就来介绍一个这些方法及它们之间的区别。

一、system()函数调用

system函数的原型为:

#include <stdlib.h>
int system (const char *string);

它的作用是,运行以字符串参数的形式传递给它的命令并等待该命令的完成。命令的执行情况就如同在shell中执行命令:sh -c string。如果无法启动shell来运行这个命令,system()函数返回错误代码127;如果是其他错误,则返回-1。否则,system()函数将返回该命令的退出码。

注意:system()函数调用用一个shell来启动想要执行的程序,所以可以把这个程序放到后台中执行,这里system()函数调用会立即返回。

可以先运行下面的例子,源文件为new_ps_system.c,代码如下:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>int main()
{
printf("Running ps with system\n");// ps进程结束后才返回,才能继续执行下面的代码
system("ps au");// 1
printf("ps Done\n");
exit(0);
}

该程序调用ps程序打印所有与本用户有关的进程,最后才打印ps Done。运行结果如下:

Linux启动新进程的几种方法汇总

如果把注释1的语句改为:system(“ps au &”);则system函数立即返回,不用等待ps进程结束即可执行下面的代码。所以你看到的输出,ps Done可能并不是出现在最后一行,而是在中间。

一般来说,使用system()函数不是启动其他进程的理想手段,因为它必须用一个shell来启动需要的程序,即在启动程序之前需要先启动一个shell,而且对shell的环境的依赖也很大,因此使用system()函数的效率不高。

二、替换进程映像——使用exec系列函数

exec系列函数由一组相关的函数组成,它们在进程的启动方式和程序参数的表达方式上各有不同。但是exec系列函数都有一个共同的工作方式,就是把当前进程替换为一个新进程,也就是说你可以使用exec函数将程序的执行从一个程序切换到另一个程序,在新的程序启动后,原来的程序就不再执行了,新进程由path或file参数指定。exec函数比system函数更有效。

exec系列函数的类型为:

#include <unistd.h>

char **environ;

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

这类函数可以分为两大类,execl、execlp和execle的参数是可变的,以一个空指针结束,而execv、execvp和execve的第二个参数是一个字符串数组,在调用新进程时,argv作为新进程的main函数的参数。而envp可作为新进程的环境变量,传递给新的进程,从而变量它可用的环境变量。

承接上一个例子,如果想用exec系统函数来启动ps进程,则这6个不同的函数的调用语句为:

注:arg0为程序的名字,所以在这个例子中全为ps。

char *const ps_envp[] = {"PATH=/bin:usr/bin", "TERM=console", 0};
char *const ps_argv[] = {"ps", "au", 0};execl("/bin/ps", "ps", "au", 0);
execlp("ps", "ps", "au", 0);
execle("/bin/ps", "ps", "au", 0, ps_envp);execv("/bin/ps", ps_argv);
execvp("ps", ps_argv);
execve("/bin/ps", ps_argv, ps_envp);

下面我给出一个完整的例子,源文件名为new_ps_exec.c,代码如下:

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

运行结果如下:

Linux启动新进程的几种方法汇总

细心的话,可以发现,最后的ps Done并没有输出,这是偶然吗?并不是,因为我们并没有再一次返回到程序new_ps_exec.exe上,因为调用execlp函数时,new_ps_exec.exe进程被替换为ps进程,当ps进程结束后,整个程序就结束了,并没有回到原来的new_ps_exec.exe进程上,原本的进程new_ps_exec.exe不会再执行,所以语句printf(“ps Done”);根本没有机会执行。

注意,一般情况下,exec函数是不会返回的,除非发生错误返回-1,由exec启动的新进程继承了原进程的许多特性,在原进程中已打开的文件描述符在新进程中仍将保持打开,但任何在原进程中已打开的目录流都将在新进程中被关闭。

三、复制进程映像——fork()函数

1、fork()函数的应用

exec()调用用新的进程替换当前执行的进程,而我们也可以用fork()来复制一个新的进程,新的进程几乎与原进程一模一样,执行的代码也完全相同,但新进程有自己的数据空间、环境和文件描述符。

fork()函数的原型为:

#include <sys/type.h>
#include <unistd.h>

pid_t fork();

注:在父进程中,fork()返回的是新的子进程的PID,子进程中的fork()返回的是0,我们可以通过这一点来判断父进程和子进程,如果fork()调用失败,它返回-1.

继承上面的例子,下面我给出一个调用ps的例子,源文件名为new_ps_fork.c,代码如下:

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{
pid_t pid = fork();
switch(pid)
{
case -1:
perror("fork failed");
exit(1);
break;
case 0:
// 这是在子进程中,调用execlp切换为ps进程
printf("\n");
execlp("ps", "ps", "au", 0);
break;
default:
// 这是在父进程中,输出相关提示信息
printf("Parent, ps Done\n");
break;
}
exit(0);
}

输出结果为:

Linux启动新进程的几种方法汇总

我们可以看到,之前在第二点中没有出现的ps Done是打印出来了,但是顺序却有点不对,这是因为,父进程先于子程序执行,所以先输出了Parent, ps Done,那有没有办法让它在子进程输出完之后再输出,当然有,就是用wait()和waitpid()函数。注意,一般情况下,父进程与子进程的生命周期是没有关系的,即便父进程退出了,子进程仍然可以正常运行。

2、等待一个进程

wait()函数和waitpid()函数的原型为:

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

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

wait()用于在父进程中调用,让父进程暂停执行等待子进程的结束,返回子进程的PID,如果stat_loc不是空指针,状态信息将被写入stat_loc指向的位置。

waitpid()等待进程id为pid的子进程的结束(pid为-1,将返回任一子进程的信息),stat_loc参数的作用与wait函数相同,options用于改变waitpid的行为,其中有一个很重要的选项WNOHANG,它的作用是防止waippid调用者的执行挂起。如果子进程没有结束或意外终止,它返回0,否则返回子进程的pid。

改变后的程序保存为源文件new_ps_fork2.c,代码如下:

输出为:

Linux启动新进程的几种方法汇总

可以看到这次的输出终于正常了,Parent的输出也在子进程的输出之后。

总结——三种启动新进程方法的比较

首先是最简单的system()函数,它需要启动新的shell并在新的shell是执行子进程,所以对环境的依赖较大,而且效率也不高。同时system()函数要等待子进程的返回才能执行下面的语句。

exec系统函数是用新的进程来替换原先的进程,效率较高,但是它不会返回到原先的进程,也就是说在exec函数后面的所以代码都不会被执行,除非exec调用失败。然而exec启动的新进程继承了原进程的许多特性,在原进程中已打开的文件描述符在新进程中仍将保持打开,但需要注意,任何在原进程中已打开的目录流都将在新进程中被关闭。

fork()则是用当前的进程来复制出一个新的进程,新进程与原进程一模一样,执行的代码也完全相同,但新进程有自己的数据空间、环境变量和文件描述符,我们通常根据fork()函数的返回值来确定当前的进程是子进程还是父进程,即它并不像exec那样并不返回,而是返回一个pid_t的值用于判断,我们还可以继续执行fork()后面的代码。感觉用fork()与exec系列函数就能创建很多需的进程。

参考:

http://blog.csdn.net/ljianhui/article/details/10089345

《Linux 高性能服务器编程》

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