Linux多進程編程實例

前言：編寫多進程程序時，我們應該了解一下，創建一個子進程時，操作系統內核是怎樣做的。當通過fork函數創建新的子進程時，內核將父進程的用戶地址空間的內容復制給子進程，這樣父子進程擁有各自獨立的用戶空間，當父進程修該變量的值時不會影響子進程中的相應變量。但為了提高效率，Linux采用了COW（copy on write）算法，子進程創建時，父子進程享有相同的地址空間，只是在頁表中設置cow標識，只有在父進程或子進程執行寫數據操作時，才為子進程申請一個物理頁，將父進程空間中相應數據所在頁的內容復制到該物理頁，然后將該頁映射到子進程用戶地址空間的適當位置。此外，子進程還繼承父進程的其他資源，例如父進程打開的文件描述符和工作目錄等(因為子進程能繼承父進程的文件描述符，所以實現進程之間通信時可以采用管道通信方式）。 子進程和父進程的代碼區，以及初始數據是一模一樣的，只是fork函數返回的pid在父子進程中有不同的值，所以根據pid的分支語句父子進程會執行不同的結果。如果我們只是想用子進程完成某一部分的功能，當功能完成后我們應該立即使用exit或者return函數結束子進程，不然，若子進程的創建是在一個循環中，並且沒有使用exit或者return推出，那么子進程，會像父進程一樣執行循環中的代碼，然后子進程又創建子進程，無限循環，具體例子額看后面的一個服務器端代碼。

 進程創建與退出

相關api

pid_t fork()                             //#include <unistd.h> 創建進程

void exit(int status)　　　　  //#include <stdlib.h>  退出進程,退出時會調用atexit注冊的函數，先注冊的后調用，exit函數還會按需調用fclose函數關閉打開的文件流

int atexit(void(*func)(void))    //#include <stdlib.h>  為進程注冊退出時調用的函數

void _exit(int status)     　　  //#include <unistd.h>   直接退出進程

#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int glob=10;
static void my_exit1(void)  //進程退出時調用函數
{
    printf("pid=%d first exit handler\n",getpid());
}

static void my_exit2(void)
{
    printf("pid=%d second exit handler\n",getpid());
}

int main()
{
    int local;
    pid_t pid;
    local=8;
    if(atexit(my_exit1)!=0)  //為進程注冊的退出時調用函數也會被子進程共享，先注冊的后調用
    {
        perror("atexit");
    }

    if(atexit(my_exit2)!=0)
    {
        perror("atexit");
    }

    if((pid=fork())==0)
    {
        printf("child pid is %d\n",getpid());   //子進程執行某個任務完后盡量使用exit退出，不然，若父進程中創建的子進程位於循環中，可能會引起未知的行為
    }
    else if(pid>0)
    {
        sleep(10);
        glob++;
        local--;
        printf("father pid is %d\n",getpid());       
    }
    else
    {
        perror("fork");
    }
    printf("pid=%d,glob=%d,localar=%d\n",getpid(),glob,local);//這段代碼父子進程共享
    return 0;//也可以使用exit(0)
}

加載可執行文件映像

#include <unistd.h>

int execl(const char *path,const char *arg,...);                     //  l表示命令行參數為以0結束的多個字符串組成 ，v表示命令行參數為以0結束的字符串數組組成

int execle(const char *path,const char *arg,...,char *const envp[]);  //e表示指定環境表量，原來的環境變量不起作用

int execlp(const char *file,const char *arg,...);                      //p表示可執行映像文件在環境變量path路徑中查找

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

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

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

path 代表可執行文件路徑，arg代表命令行參數

//testexec.c 被調用程序
#include <stdio.h>
int glob=18;
extern char **environ;

int main(int argc,char *argv[])
{
    int local=20;
    int k;
    char **ptr=environ;
    glob++;
    local++;
    printf("&glob=%x,&local=%x\n",&glob,&local); //打印變量的地址
    printf("argc=%d\n",argc);
    for(k=0;k<argc;++k)
    {
        printf("argv[%d]\t %s\n",k,argv[k]);  //打印命令行參數
    }
    for(ptr=environ;*ptr!=0;++ptr) 
    {
       printf("%s\n",*ptr);              //打印環境變量
    }
    return 0;
}

//useexec.c  
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
     char *nenv[]={"NAME=value","NEXT=nextvale",(char*)0};
     char *nargv[]={"testexec","param1","param2",(char *)0}; //命令行參數都以0結尾
    pid_t pid;
    pid=fork();
    switch(pid)
    {
        case 0:           
            execve("./testexec",nargv,nenv);      //指定環境變量，原來的環境變量不起作用
            //execl("./testexec","testexec",0);  //不指定環境表量
            perror("exec");
            exit(1);
        case -1:
            perror("fork");
            exit(1);
        default:
            wait(NULL);
            printf("exec is completed\n");
            exit(0);
    }
}

等待子進程結束

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int * status)                  //暫停執行，直到一個子進程結束，成功返回進程pid，否則返回-1

pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options)     //等待指定子進程結束，options指定等待方式

返回值：若設置了WNOHANG且未發現子進程則返回0,出錯則返回-1

pid的意義

pid<-1     等待pid所代表的進程組中的進程

pid=-1     等待任何子進程

pid=0      等待與該進程同組的進程

pid>0      等待的進程標識

options的意義

WNOHANG      //表示不阻塞

WUNTRACED   //當有子進程結束時返回

//一個回聲服務器服務端例子 tcpserver.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#define PORT 4008
#define BACKLOG 10
#define BUFSIZE 4096
//void process(char * cmd);
int main(int argc,char* argv[])
{
    int lsockfd,rsockfd;
    struct sockaddr_in lsocket,rsocket;
    if((lsockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
    {
        perror("socket");   
        exit(1);  
    }  
    
    lsocket.sin_family=AF_INET;
    lsocket.sin_port=htons(PORT);
    lsocket.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
    bzero(&(lsocket.sin_zero),8);

    if(bind(lsockfd,(struct sockaddr *)&lsocket,sizeof(struct sockaddr))<0)
    {
        perror("bind");
        exit(1);
    }

    if(listen(lsockfd,BACKLOG)<0)
    {
        perror("listen");
        exit(1);
    }

    int sin_size=sizeof(struct sockaddr);
    int count=0;
    while(1)
    {
        printf("wait for connecting!\n");
        if((rsockfd=accept(lsockfd,(struct sockaddr *)&rsocket,&sin_size))<0)
        {
            perror("accept");
            continue;
        }
        count++;
        printf("someone connect!,current people %d\n",count);

        if(!fork())
        {
            char str[BUFSIZE];
            int numbytes=0;
            while(1)
            {
            if((numbytes=recv(rsockfd,str,BUFSIZE-1,0))<0)
            {
                perror("recv");
                break;
            }
            str[numbytes]='\0';
            if(strcmp(str,"quit")==0)
            {
                printf("client quit!\n");
                break;
            }
            
            printf("receive a message: %s\n",str);
            if(send(rsockfd,str,strlen(str),0)<0)
            {
                perror("send");
                break;
            }
            }
            close(rsockfd);
            exit(0);
            
        }
        while(waitpid(-1,NULL,WNOHANG)>0) //此處不會阻塞若第三個參數為WUNTRACED則會阻塞
        {
            count--;
            printf("someone quit!,current people have %d\n",count);
        }   
        
    }   
    return 0;
}