exec族函數詳解及循環創建子進程

　　前言：之前也知道exec族函數，但沒有完全掌握，昨天又重新學習了一遍，基本完全掌握了，還有一些父子進程和循環創建子進程的問題，還要介紹一下環境變量，今天分享一下。

　　一、環境變量

　　先介紹下環境的概念和特性，再舉例子吧。

　　環境變量，是指在操作系統中用來指定操作系統運行環境的一些參數。通常具備以下特征：

　　① 字符串(本質) ② 有統一的格式：名=值[:值] ③ 值用來描述進程環境信息。

　　存儲形式：與命令行參數類似。char *[]數組，數組名environ，內部存儲字符串，NULL作為哨兵結尾。

　　使用形式：與命令行參數類似。

　　引入環境變量表：須聲明環境變量。extern char ** environ;   

　　環境變量跟很多東西有關系，例如接下來的exec族函數，這也是為什么要先介紹下環境變量的原因，對理解exec族函數很有幫助；例如，Linux是什么樣的系統？多用戶多任務開源系統，每個用戶的登錄信息環境變量都會記錄。舉例一下常用的環境變量：

• PATH

　　可執行文件的搜索路徑。ls命令也是一個程序，執行它不需要提供完整的路徑名/bin/ls，然而通常我們執行當前目錄下的程序a.out卻需要提供完整的路徑名./a.out，這是因為PATH環境變量的值里面包含了ls命令所在的目錄/bin，卻不包含a.out所在的目錄。PATH環境變量的值可以包含多個目錄，用:號隔開。在Shell中用echo命令可以查看這個環境變量的值：

　　$ echo $PATH

• SHELL

　　當前Shell，它的值通常是/bin/bash。

• TERM

　　當前終端類型，在圖形界面終端下它的值通常是xterm，終端類型決定了一些程序的輸出顯示方式，比如圖形界面終端可以顯示漢字，而字符終端一般不行。

• LANG

　　語言和locale，決定了字符編碼以及時間、貨幣等信息的顯示格式。

• HOME

　　當前用戶主目錄的路徑，很多程序需要在主目錄下保存配置文件，使得每個用戶在運行該程序時都有自己的一套配置

　　介紹跟環境變量相關的函數：

　　char *getenv(const char *name);　　//獲取環境變量

　　int setenv(const char *name, const char *value, int overwrite);　　//添加或改變環境變量

　　int unsetenv(const char *name);　　//刪除

　　二、fork函數及循環創建子進程

　　先說一個問題，學會fork並寫程序時，可能都會遇到一個問題如下：

　　

　　./a.out的輸出跑到終端上了，想過為什么？接下來我會解釋這個問題。

　　1.fork函數

　　原型如下：

　　pid_t fork(void);

　　很好理解創建一個子進程，但需要真正理解這個函數需要理解：執行一次返回兩次，就是有兩個返回值，如下：

　　（1）返回子進程的pid

　　（2）返回0

　　2.getpid、getppid函數

　　兩個函數原型，如下：

　　pid_t getpid(void);　　//獲取當前進程ID
　　pid_t getppid(void);　 //獲取父進程ID

　　3.fork創建子進程

　　主要創建一個子進程，並打印當前進程和父進程ID，並且打下了當前父進程的父進程ID，想一下父進程的父進程ID會是多少呢？程序如下：

　　

#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    pid_t pid;

    pid = fork();
    if (pid == -1 ) {
        perror("fork");
        exit(1);
    } else if (pid > 0) {    //parent
        //sleep(1); //保證子進程先執行
        printf("I'm parent pid = %d, parentID = %d\n", getpid(), getppid());
    } else if (pid == 0) {    //child
        printf("child  pid = %d, parentID = %d\n", getpid(), getppid());
    }

    return 0;
}

　　程序很簡單不再解釋，但要說明幾個問題，結果如下：

　　

　　看到結果知道了父進程也有父進程的ID，並查找一下它，是bash其實就是shell，shell通過某種方式創子進程（就是我們程序中的父進程），然后子進程再創建子進程。

對了，還有一個問題，有一個sleep函數，注釋是：確保子進程先執行，父子進程的執行順序是由CPU的調度算法決定，但為啥我注釋了sleep，還是父進程先執行。說點題外話吧，APUE（unix環境高級編程）的作者做過實驗，98%的概率的都是父進程先執行。

　　4.循環創建子進程

　　接下來怎么創建多個子進程，直接給正確的程序吧，先演示一下有些問題的代碼，如下：

　　

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int n = 5, i;                //默認創建5個子進程

    if (argc == 2) {    
        n = atoi(argv[1]);
    }

    for (i = 0; i < n; i++)    //出口1,父進程專用出口
        if (fork() == 0)
            break;            //出口2,子進程出口,i不自增

    if (n == i) {
        //sleep(n);
        printf("I am parent, pid = %d\n", getpid());
    } else {
        //sleep(i);
        printf("I'm %dth child, pid = %d\n", 
                i+1, getpid());
    }

    return 0;
}

　　演示結果:

　　

　　會出現最開始的問題：輸出跑到終端上。接下來解釋為什么會出現這個問題？

　　原因：shell、父進程和子進程都搶奪CPU，shell當父進程執行return 0,認為父進程執行完了，返回到終端，當子進程還沒執行完，就輸出到終端了。

　　三、exec族函數　

　　其實有七種以exec開頭的函數，統稱exec函數：

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

　　int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]); 　　//真的系統調用

　　主要函數紅色部分的說明：

　　l (list)                           命令行參數列表

　　p (path)                       搜素file時使用path變量

　　v (vector)                    使用命令行參數數組

　　e (environment)       使用環境變量數組,不使用進程原有的環境變量，設置新加載程序運行的環境變量

　　1.execlp函數

　　加載一個進程，借助PATH環境變量  

　　參數說明：

　　file：文件名，通過PATH環境變量查找

　　arg：命令行參數，要強掉一下，第一個arg相當於arg[0]，並要以NULL結尾

　　...:可變參數

　　通過調用ls來舉例：

　　execlp("ls","ls","-l",NULL);

　　其實，可以試一下第二個標紅的參數，隨便寫也不會有錯誤的，說明內核並不使用第二個參數。

　　程序示例如下：

　　

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("========================\n");

    char *argvv[] = {"ls", "-l", "-F", "R", "-a", NULL};
    

    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        //execl("/bin/ls", "ls", "-l","-F", "-a", NULL);
        //execv("/bin/ls", argvv);
        execlp("ls","ls","-l","-F","-a",NULL);
        perror("execlp");
        exit(1);

    } else if (pid > 0) {
        sleep(1);
        printf("parent\n");
    }


    return 0;
}

　　演示結果就不展示了，可以自己在終端手動輸入命令，進行對照。

　　2.execl函數

　　加載一個進程， 通過 路徑+程序名 來加載。

　　跟execlp的主要區別在於不是通過環境變量獲取了，相對路徑也是可以的。

　　上面程序注釋部分有這個程序。

　　3.execv函數

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

　　注意“v”使用命令行參數。

　　上面程序注釋部分有這個程序。

　　就不一一舉例了，有興趣可以自己試一下。

　　總結：有問題，歡迎及時評論、交流與學習。