进程控制 & 编写简易shell

1 进程创建

fork

创建进程成功，子进程返回0，父进程返回子进程的进程ID

在创建进程fork过程中，（1）分配新的内存块和内核数据结构给子进程

（2）子进程拷贝父进程的代码和数据

（3）子进程可以执行自己的代码

vfork

【注】：1 vfork也是创建进程，和fork类似

2 vfork创建的子进程和父进程共享一个地址空间（即：对于全局变量，子进程对其进行修改，父进程也改变了）

3 vfork保证子进程先运行， 子进程调用exec或_exit后 ，父进程才开始运行。

通过一个小例子看一下vfork：

1 #include <stdio.h>
  2 #include <stdlib.h>
  3 #include <unistd.h>
  4 #include <sys/types.h>
  5
  6 size_t a = 10;
  7
  8 int main()
  9 {
10     //1 vfork保证子进程先运行，父进程后运行
11     //2 vfork创建的子进程和父进程共享地址空间
12     pid_t pid = vfork();
13     if(pid == 0)//child
14     {
15         printf("this is child,pid = %d,ppid = %d\n",getpid(),getppid());
16         a = 200;
17         printf("a = %d,&a = 0x%x\n",a,&a);
18         sleep(1);
19         _exit(0);
20         // exec
21     }
22     else if(pid > 0)//father
23     {
24         printf("this is father,pid = %d,ppid = %d\n",getpid(),getppid());
25         printf("a = %d,&a = 0x%x\n",a,&a);
26         sleep(5);
27     }
28     else
29     {
30         perror("vfork");
31     }
32     return 0;
33 }

我们可以看到，在子进程中更改a的值，父进程中a的值也发生改变。

2 进程终止

进程退出的三种情况：（1）代码跑完了，结果正确；

（2）代码跑完了，结果不正确；

（3）代码没跑完。

进程的终止：三种正常终止：（1）在main函数调用return

（2）调用exit

（3）调用_exit

两种异常终止：（1）调用abort，产生SIGABORT信号，是异常终止的一个特例；

（2）进程接收到某个信号，如：Ctrl+c

【注】：exit在任何地方都可以表示进程终止，return只有在main函数中才表示进程终止。

_exit:参数status是进程的退出状态，没有返回值

exit:

exit和_exit的区别：

我们先通过一个例子感受一下他们的区别：

1 _exit是强制终止进程，简单粗暴

2 exit在终止进程之前，会执行用户定义的清理函数，刷新缓冲，关闭流等工作，最后再调用_exit终止进程。

3 进程等待

为什么要进程等待？

1 如果子进程退出，父进程没有得到子进程的退出信息，会造成子进程变为“僵尸进程”，僵尸进程会浪费资源、内存泄漏，有很大的危害；

2 父进程通过等待的方式，回收子进程资源，获取子进程的退出信息；

3 进程等待可以保证父子进程的退出顺序。

进程等待的两种方式：1 阻塞式等待：“干等”就是在等待的时候，什么事情都不做

2 非阻塞式等待：需要等待，做其他事情，检测是否需要等待，需要等待，做其他事情......

wait和wait_pid：

wait：

参数：status 输出型参数，获取子进程的退出信息，如果不关心，可以设置为NULL
返回值：等待成功，返回子进程的进程ID，等待失败，返回-1

运行结果：

wait_pid：

参数：pid： pid = -1 等待任意一个进程，和wait等效

pid > 0 等待指定进程

status：输出型参数，获取子进程的退出信息，如果不关心，可以设置为NULL

options：默认为0:阻塞式等待

WNOHANG：非阻塞式等待

返回值：正常返回，返回子进程的进程ID；

设置WNOHANG选项，如果检测到子进程仍在运行，返回0；

等待失败：返回-1

wait_pid 以阻塞方式等待

运行结果：

wait_pid 以非阻塞方式等待

运行结果：

退出信息：status

通过上面的代码可以看到，我通过对status进行位运算，打印出了进程退出的信号和状态，

那么，status退出信息这个参数到底是什么样的呢？
status并不是一个简单的整型，可以当做位图来看它：

4 进程替换

进程替换原理：在fork创建子进程之后，子进程往往通过进程替换，执行另一个程序，调用exec进程替换后，并没有创建新的进程，只是替换了代码和数据，并将栈和堆重新加载，所以其进程ID并没有改变。
六个替换函数：

#include <unistd.h>
 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 *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

参数：path 可执行文件的目录
          arg 替换的可执行文件，以NULL结束
          file 文件名，会自动在PATH环境变量中找
          envp 环境变量，以NULL结束（替换后不会继承原来的环境变量）

应用实例：

【注】：1 exec替换函数的参数只是做替换，不做参数的检验

2 六个exec函数中，execve是系统调用，其余五个函数为库函数

5 实现简易的myshell

思路：1 显示用户名、主机名、当前目录作为myshell输入的请示

2 从标准输入里面读取一行字符串

3 解析字符串，解析出指令和参数

（1）借助strtok字符创切分函数，以“ ”对字符串进程切分

（2）手动切分，遍历字符串，保存后面的字符创，将该处空格置成“\0”，将切分出的该字符串保存在一个指针数组中

4 创建子进程，子进程程序替换，父进程等待

实现：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>
#include <pwd.h>
#include <sys/utsname.h>

#define FILEPATH_MAX (80)

//解析指令
void Analysis(char* str,char* argv[])
{
    char* p = strtok(str," ");
    int argc = 0;
    while(p != NULL)
    {
        argv[argc++] = p;
    
        //argv[argc] = p;
        //printf("%s\n",argv[argc]);
        //argc++;
        p = strtok(NULL," ");
    }
    argv[argc] = NULL;
}

//进程替换
void Exec(char* argv[])
{
    pid_t pid = fork();
    if(pid == 0)//child
    {
        execvp(argv[0],argv);
        //进程替换失败了，打印错误信息，并退出
        perror("argv[0]");
        exit(1);
    }
    else if(pid > 0)//father
    {
        wait(NULL);
    }
    else
        perror("fork");
}

int main()
{
    //获得用户名
    struct passwd *pwd;
    pwd = getpwuid(getuid());

    //获得主机名
    char computer[256];
    gethostname(computer,256);
    int i = 0;
    while(computer[i] != '.')
    {
        i++;
    }
    computer[i] = 0;

    //获得当前路径
    char* file_path_getcwd;
    file_path_getcwd = (char*)malloc(FILEPATH_MAX);
    getcwd(file_path_getcwd,FILEPATH_MAX);
    char* p = strtok(file_path_getcwd,"/");
    int argc = 0;
    char* argv[FILEPATH_MAX] = {p};
    while(p != NULL)
    {
        argv[argc++] = p;
        p = strtok(NULL,"/");
    }
    argv[argc] = NULL;

    char buf[1024] = {0};
    while(1)
    {
        printf("[%s@%s %s] ",pwd->pw_name,computer,argv[argc - 1]);
        fflush(stdout);
        gets(buf);
        char* argv[10];
        //解析输入的buf,解析出指令和参数
        Analysis(buf,argv);
        //fflush(stdout);
        //进程替换
        Exec(argv);
    }
    return 0;
}

运行：

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