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Linux通过维护者五个状态来调度进程的运行。这五个状态分别为:运行、可中断、不可中断、僵死、停止 。
PID来标识不同的进程的,Linux中每一个进程都有一个唯一的进程号 。
PCB块就是一个进程资源
1.fork函数
include <unistd.h>
pid_t fork (void)
返回值 0:子进程 子进程ID(大于0) -1:出错
使用fork函数得到的子进程是父进程的一个复制品。使用fork函数的代价很大,它复制了父进程中的代码段、数据段和堆栈段里的大部分内容。
2. exec函数族
include <unistd.h>
int execl( char *path , char *arg0,char *arg1,...,char *argn,NULL)
int execle( char *path , char *arg0,char *arg1,...,char *argn,NULL,char *envp[])
int execlp( char *file, char *arg0,char *arg1,...,NULL)
int execv( char *path , char *argv[])
int execve( char *path , char *argv[],char *envp[])
int execvp( char *file , char *argv[])
返回值: -1 出错。
在exec函数族中,后缀l、v、p、e添加到exec后,所指定的函数将具有某种操作能力
后缀 p时,函数可以利用PATH变量查找子程序文件假如你希望执行命令 /bin/cat /etc/passwd/etc/group,只要直接写cat passwd group
后缀为 l 时,希望接收以逗号分隔的参数列表,列表以NULL指针作为结束标志execl("/bin/cat","/etc/passed","/etc/group",NULL);
后缀 v 时,希望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针char* argv[] = {"/bin/cat","/etc/passed","/etc/group",NULL}
execv("/bin/cat", argv );
后缀 e 时,函数传递指定参数envp,允许改变子进程的环境,无后缀e时,子进程使用当前程序的环境。 envp也是一个以NULL结尾的字符串数组指针
int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
它可能与绝大多数教科书上描述的都不一样,但实际上,这才是main函数真正完整的形式。
参数argc指出了运行该程序时命令行参数的个数,数组argv存放了所有的命令行参数,数组envp存放了所有的环境变量。
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
对比一下main函数的完整形式,看出问题了吗?是的,这两个函数里的argv和envp是完全一一对应的关系。execve第1个参数 path是被执行应用程序的完整路径,第2个参数argv就是传给被执行应用程序的命令行参数,第3个参数envp是传给被执行应用程序的环境变量。
留心看一下这6个函数还可以发现,前3个函数都是以execl开头的,后3个都是以execv开头的,它们的区别在于,execv开头的函数是 以"char*argv[]"这样的形式传递命令行参数,而execl开头的函数采用了我们更容易习惯的方式,把参数一个一个列出来,然后以一个NULL 表示结束。这里的NULL的作用和argv数组里的NULL作用是一样的。
在全部6个函数中,只有execle和execve使用了char*envp[]传递环境变量,其它的4个函数都没有这个参数,这并不意味着它 们不传递环境变量,这4个函数将把默认的环境变量不做任何修改地传给被执行的应用程序。而execle和execve会用指定的环境变量去替代默认的那 些。
还有2个以p结尾的函数execlp和execvp,咋看起来,它们和execl与execv的差别很小,事实也确是如此,除execlp和 execvp之外的4个函数都要求,它们的第1个参数path必须是一个完整的路径,如"/bin/ls";而execlp和execvp的第1个参数 file可以简单到仅仅是一个文件名,如"ls",这两个函数可以自动到环境变量PATH制定的目录里去寻找。
1 简介
说是exec系统调用,实际上在Linux中,并不存在一个exec()的函数形式,exec指的是一组函数,一共有6个,分别是:
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 execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
其中只有execve 是真正意义上的系统调用,其它都是在此基础上经过包装的库函数。
exec函数族的作用是根据指定的文件名找到可执行文件,并用它来取代调用进程的内容,换句话说,就是在调用进程内部执行一个可执行文件 。这里的可执行文件既可以是二进制文件,也可以是任何Linux下可执行的脚本文件。
与一般情况不同,exec函数族的函数执行成功后不会返回,因为调用进程的实体,包括代码段,数据段和堆栈等都已经被新的内容取代,只留下进程 ID等一些表面上的信息仍保持原样,颇有些神似"三十六计"中的"金蝉脱壳"。看上去还是旧的躯壳,却已经注入了新的灵魂。只有调用失败了,它们才会返回 一个-1,从原程序的调用点接着往下执行。
现在我们应该明白了,Linux下是如何执行新程序的,每当有进程认为自己不能为系统和拥护做出任何贡献了,他就可以发挥最后一点余热,调用任 何一个exec,让自己以新的面貌重生;或者,更普遍的情况是,如果一个进程想执行另一个程序,它就可以fork出一个新进程,然后调用任何一个 exec,这样看起来就好像通过执行应用程序而产生了一个新进程一样。
事实上第二种情况被应用得如此普遍,以至于Linux专门为其作了优化,我们已经知道,fork会将调用进程的所有内容原封不动的拷贝到新产生的子
进程中去,这些拷贝的动作很消耗时间,而如果fork完之后我们马上就调用exec,这些辛辛苦苦拷贝来的东西又会被立刻抹掉,这看起来非常不 划算,于是人们设计了一种"写时拷贝(copy-on-write)"技术,使得fork结束后并不立刻复制父进程的内容,而是到了真正实用的时候才复 制,这样如果下一条语句是exec,它就不会白白作无用功了,也就提高了效率。
2 稍稍深入
上面6条函数看起来似乎很复杂,但实际上无论是作用还是用法都非常相似,只有很微小的差别。在学习它们之前,先来了解一下我们习以为常的main函数。
下面这个main函数的形式可能有些出乎我们的意料:
int main(int argc, char *argv[], char *envp[])
它可能与绝大多数教科书上描述的都不一样,但实际上,这才是main函数真正完整的形式。
参数argc指出了运行该程序时命令行参数的个数,数组argv存放了所有的命令行参数,数组envp存放了所有的环境变量。环境变量指的是一组值,从用户登录后就一直存在,很多应用程序需要依靠它来确定系统的一些细节,我们最常见的环境变量是PATH,它指出了应到哪里去搜索应用程序,如
/bin;HOME也是比较常见的环境变量,它指出了我们在系统中的个人目录。环境变量一般以字符串"XXX=xxx"的形式存在,XXX表示变量名,xxx表示变量的值。
值得一提的是,argv数组和envp数组存放的都是指向字符串的指针,这两个数组都以一个NULL元素表示数组的结尾。
我们可以通过以下这个程序来观看传到argc、argv和envp里的都是什么东西:
编译它:
$ cc main.c -o main
运行时,我们故意加几个没有任何作用的命令行参数:
./main -xx 000
结果如下:
我们看到,程序将"./main"作为第1个命令行参数,所以我们一共有3个命令行参数。这可能与大家平时习惯的说法有些不同,小心不要搞错了。
现在回过头来看一下exec函数族,先把注意力集中在execve上:
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
对比一下main函数的完整形式,看出问题了吗?是的,这两个函数里的argv和envp是完全一一对应的关系。execve第1个参数 path是被执行应用程序的完整路径,第2个参数argv就是传给被执行应用程序的命令行参数,第3个参数envp是传给被执行应用程序的环境变量。
留心看一下这6个函数还可以发现,前3个函数都是以execl开头的,后3个都是以execv开头的,它们的区别在于,execv开头的函数是 以"char*argv[]"这样的形式传递命令行参数,而execl开头的函数采用了我们更容易习惯的方式,把参数一个一个列出来,然后以一个NULL 表示结束。这里的NULL的作用和argv数组里的NULL作用是一样的。
在全部6个函数中,只有execle和execve使用了char*envp[]传递环境变量,其它的4个函数都没有这个参数,这并不意味着它 们不传递环境变量,这4个函数将把默认的环境变量不做任何修改地传给被执行的应用程序。而execle和execve会用指定的环境变量去替代默认的那 些。
还有2个以p结尾的函数execlp和execvp,咋看起来,它们和execl与execv的差别很小,事实也确是如此,除execlp和 execvp之外的4个函数都要求,它们的第1个参数path必须是一个完整的路径,如"/bin/ls";而execlp和execvp的第1个参数 file可以简单到仅仅是一个文件名,如"ls",这两个函数可以自动到环境变量PATH制定的目录里去寻找。
3 实战
知识介绍得差不多了,接下来我们看看实际的应用:
程序里调用了2个Linux常用的系统命令,echo和env。echo会把后面跟的命令行参数原封不动的打印出来,env用来列出所有环境变量。
由于各个子进程执行的顺序无法控制,所以有可能出现一个比较混乱的输出--各子进程打印的结果交杂在一起,而不是严格按照程序中列出的次序。
编译并运行:
果然不出所料,execle输出的结果跑到了execlp前面。
大家在平时的编程中,如果用到了exec函数族,一定记得要加错误判断语句。因为与其他系统调用比起来,exec很容易受伤,被执行文件的位置,权限等很多因素都能导致该调用的失败。最常见的错误是:
找不到文件或路径,此时errno被设置为ENOENT;
数组argv和envp忘记用NULL结束,此时errno被设置为EFAULT;
没有对要执行文件的运行权限,此时errno被设置为EACCES。
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