Linux系统编程进程控制

文章目录

01. 学习目标
02. 进程和程序 (理解)
03. 单道、多道程序设计(了解)
- 3.1 单道程序设计
- 3.2 多道程序设计
04. 并行和并发(理解)
05. MMU(了解)
06. 进程控制块PCB(了解)
07. 进程的状态(重点)
- 7.1 ps
- 7.2 top
- 7.3 kill
- 7.4 killall
08. 进程号和相关函数
- 8.1 getpid函数
- 8.2 getppid函数
- 8.3 getpgid函数
- 8.4展示代码:
09. 进程的创建（重点）
10. 父子进程关系
11. 区分父子进程
12. 父子进程地址空间
13. GDB调试多进程
14. 进程退出函数
15. 等待子进程退出函数
- 15.1 概述
- 15.2 wait函数
- 15.3 waitpid函数
16. 孤儿进程
17. 僵尸进程
18. 进程替换
- execlp函数
- execl函数
- execv/execvp函数
- execle/execvpe函数
19. 源码包安装(扩展)
20. 作业
21.答案

01. 学习目标

了解进程相关的概念
掌握fork/getpid/getppid函数的使用
熟练掌握ps/kill命令的使用
熟练掌握execl/execlp函数的使用
说出什么是孤儿进程和僵尸进程

02. 进程和程序 (理解)

我们平时写的 C 语言代码，通过编译器编译，最终它会成为一个可执行程序，当这个可执行程序运行起来后（没有结束之前），它就成为了一个进程。

程序是存放在存储介质上的一个可执行文件，而进程是程序执行的过程。进程的状态是变化的，其包括进程的创建、调度和消亡。程序是静态的，进程是动态的。

示例：

程序就类似于剧本(纸)，进程类似于戏(舞台、演员、灯光、道具…)，同一个剧本可以在多个舞台同时上演。同样，同一个程序也可以加载为不同的进程(彼此之间互不影响)。

在 Linux 系统中，操作系统是通过进程去完成一个一个的任务，进程是管理事务的基本单元。

进程拥有自己独立的处理环境（如：当前需要用到哪些环境变量，程序运行的目录在哪，当前是哪个用户在运行此程序等）和系统资源（如：处理器 CPU 占用率、存储器、I/O设备、数据、程序）。

我们可以这么理解，公司相当于操作系统，部门相当于进程，公司通过部门来管理（系统通过进程管理），对于各个部门，每个部门有各自的资源，如人员、电脑设备、打印机等。

03. 单道、多道程序设计(了解)

3.1 单道程序设计

所有进程一个一个排队执行。若A阻塞，B只能等待，即使CPU处于空闲状态。而在人机交互时阻塞的出现是必然的。所有这种模型在系统资源利用上及其不合理，在计算机发展历史上存在不久，大部分便被淘汰了。

3.2 多道程序设计

在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行。多道程序设计必须有硬件基础作为保证。

在计算机中时钟中断即为多道程序设计模型的理论基础。并发时，任意进程在执行期间都不希望放弃cpu。因此系统需要一种强制让进程让出cpu资源的手段。时钟中断有硬件基础作为保障，对进程而言不可抗拒。操作系统中的中断处理函数，来负责调度程序执行。

在多道程序设计模型中，多个进程轮流使用CPU (分时复用CPU资源)。而当下常见CPU为纳秒级，1秒可以执行大约10亿条指令。由于人眼的反应速度是毫秒级，所以看似同时在运行。

1s = 1000ms

1ms = 1000us

1us = 1000ns

1s = 1000000000ns

04. 并行和并发(理解)

**并行(parallel)：**指在同一时刻，有多条指令在多个处理器上同时执行。

**并发(concurrency)：**指在同一时刻只能有一条指令执行，但多个进程指令被快速的轮换执行，使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果，但在微观上并不是同时执行的，只是把时间分成若干段，使多个进程快速交替的执行。

举例说明：

并行是两个队列同时使用两台咖啡机
并发是两个队列交替使用一台咖啡机

05. MMU(了解)

MMU是Memory Management Unit的缩写，中文名是内存管理单元，它是在中央处理器（CPU）中用来管理虚拟存储器、物理存储器的控制线路，同时也负责虚拟地址映射为物理地址，以及提供硬件机制的内存访问授权，多用户多进程操作系统。

06. 进程控制块PCB(了解)

进程运行时，内核为进程每个进程分配一个PCB（进程控制块），维护进程相关的信息，Linux内核的进程控制块是task_struct结构体。

在 /usr/src/linux-headers-xxx/include/linux/sched.h 文件中可以查看struct task_struct 结构体定义：

xcc@machine:~/share$ vim /usr/src/linux-headers-4.10.0-28/include/linux/sched.h

其内部成员有很多，我们掌握以下部分即可：

进程id。系统中每个进程有唯一的id，在C语言中用pid_t类型表示，其实就是一个非负整数。
进程的状态，有就绪、运行、挂起、停止等状态。
进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
描述虚拟地址空间的信息。
描述控制终端的信息。
当前工作目录（Current Working Directory）。
umask掩码。
文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针。
和信号相关的信息。
用户id和组id。
会话（Session）和进程组。
进程可以使用的资源上限（Resource Limit）。

07. 进程的状态(重点)

进程状态反映进程执行过程的变化。这些状态随着进程的执行和外界条件的变化而转换。

在三态模型中，进程状态分为三个基本状态，即运行态，就绪态，阻塞态。

在五态模型中，进程分为新建态、终止态，运行态，就绪态，阻塞态。

**①TASK_RUNNING：**进程正在被CPU执行。当一个进程刚被创建时会处于TASK_RUNNABLE，表示己经准备就绪，正等待被调度。

②TASK_INTERRUPTIBLE（可中断）：进程正在睡眠（也就是说它被阻塞）等待某些条件的达成。一旦这些条件达成，内核就会把进程状态设置为运行。处于此状态的进程也会因为接收到信号而提前被唤醒，比如给一个TASK_INTERRUPTIBLE状态的进程发送SIGKILL信号，这个进程将先被唤醒（进入TASK_RUNNABLE状态），然后再响应SIGKILL信号而退出（变为TASK_ZOMBIE状态），并不会从TASK_INTERRUPTIBLE状态直接退出。

③TASK_UNINTERRUPTIBLE（不可中断）：处于等待中的进程，待资源满足时被唤醒，但不可以由其它进程通过信号或中断唤醒。由于不接受外来的任何信号，因此无法用kill杀掉这些处于该状态的进程。而TASK_UNINTERRUPTIBLE状态存在的意义就在于，内核的某些处理流程是不能被打断的。如果响应异步信号，程序的执行流程中就会被插入一段用于处理异步信号的流程，于是原有的流程就被中断了，这可能使某些设备陷入不可控的状态。处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态一般总是非常短暂的，通过ps命令基本上不可能捕捉到。

**④TASK_ZOMBIE（僵死）：**表示进程已经结束了，但是其父进程还没有调用wait4或waitpid()来释放进程描述符。为了父进程能够获知它的消息，子进程的进程描述符仍然被保留着。一旦父进程调用了wait4()，进程描述符就会被释放。

**⑤TASK_STOPPED（停止）：**进程停止执行。当进程接收到SIGSTOP，SIGTSTP，SIGTTIN，SIGTTOU等信号的时候。此外，在调试期间接收到任何信号，都会使进程进入这种状态。当接收到SIGCONT信号，会重新回到TASK_RUNNABLE。

如何查看进程状态：

stat中的参数意义如下：

参数	含义
D	不可中断 Uninterruptible（usually IO）
R	正在运行，或在队列中的进程
S(大写)	处于休眠状态
T	停止或被追踪
Z	僵尸进程
W	进入内存交换（从内核2.6开始无效）
X	死掉的进程
<	高优先级
N	低优先级
s	包含子进程
+	位于前台的进程组

7.1 ps

进程是一个具有一定独立功能的程序，它是操作系统动态执行的基本单元。

ps命令可以查看进程的详细状况，常用选项(选项可以不加“-”)如下：

选项	含义
-a	显示终端上的所有进程，包括其他用户的进程
-u	显示进程的详细状态
-x	显示没有控制终端的进程
-w	显示加宽，以便显示更多的信息
-r	只显示正在运行的进程

ps aux

ps ef

ps -a

7.2 top

top命令用来动态显示运行中的进程。top命令能够在运行后，在指定的时间间隔更新显示信息。可以在使用top命令时加上-d 来指定显示信息更新的时间间隔。

在top命令执行后，可以按下按键得到对显示的结果进行排序：

按键	含义
M	根据内存使用量来排序
P	根据CPU占有率来排序
T	根据进程运行时间的长短来排序
U	可以根据后面输入的用户名来筛选进程
K	可以根据后面输入的PID来杀死进程。
q	退出
h	获得帮助

7.3 kill

kill命令指定进程号的进程，需要配合 ps 使用。

使用格式：

kill [-signal] pid

信号值从0到15，其中9为绝对终止，可以处理一般信号无法终止的进程。

kill 9133 ：9133 为应用程序所对应的进程号

有些进程不能直接杀死，这时候我们需要加一个参数“ -9 ”，“ -9 ” 代表强制结束：

查看信号编号: kill -l(字母)

有些进程不能直接杀死，这时候我们需要加一个参数“-9”，使用9号信号SIGKILL

杀死进程: kill -SIGKILL/(-9) 89899【进程标识号】

7.4 killall

通过进程名字杀死进程

08. 进程号和相关函数

每个进程都由一个进程号来标识，其类型为 pid_t（整型），进程号的范围：0～32767。进程号总是唯一的，但进程号可以重用。当一个进程终止后，其进程号就可以再次使用。

接下来，再给大家介绍三个不同的进程号。

进程号（PID）：

标识进程的一个非负整型数。

父进程号（PPID）：

任何进程（除 init 进程）都是由另一个进程创建，该进程称为被创建进程的父进程，对应的进程号称为父进程号（PPID）。如，A 进程创建了 B 进程，A 的进程号就是 B 进程的父进程号。

进程组号（PGID）：

进程组是一个或多个进程的集合。他们之间相互关联，进程组可以接收同一终端的各种信号，关联的进程有一个进程组号（PGID）。这个过程有点类似于 QQ 群，组相当于 QQ 群，各个进程相当于各个好友，把各个好友都拉入这个 QQ 群里，主要是方便管理，特别是通知某些事时，只要在群里吼一声，所有人都收到，简单粗暴。但是，这个进程组号和 QQ 群号是有点区别的，默认的情况下，当前的进程号会当做当前的进程组号。

8.1 getpid函数

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>pid_t getpid(void);
功能：获取本进程号（PID）
参数：无
返回值：本进程号

8.2 getppid函数

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>pid_t getppid(void);
功能：获取调用此函数的进程的父进程号（PPID）
参数：无
返回值：调用此函数的进程的父进程号（PPID）

8.3 getpgid函数

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>pid_t getpgid(pid_t pid);
功能：获取进程组号（PGID）
参数：pid：进程号
返回值：参数为 0 时返回当前进程组号，否则返回参数指定的进程的进程组号

8.4展示代码:

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>//获取进程号 父进程号 进程组号
int main()
{pid_t pid = -1;//获取当前进程号printf("进程号:%d\n",getpid());//获取父进程号printf("父进程号:%d\n",getppid());//获取当前进程组号pid = getpgid(getpid());printf("当前进程进程组号:%d\n",pid);return 0;
}

运行结果:

09. 进程的创建（重点）

系统允许一个进程创建新进程，新进程即为子进程，子进程还可以创建新的子进程，形成进程树结构模型。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>pid_t fork(void);
功能：用于从一个已存在的进程中创建一个新进程，新进程称为子进程，原进程称为父进程。
参数：无
返回值：成功：子进程中返回 0，父进程中返回子进程 ID。pid_t，为整型。失败：返回-1。失败的两个主要原因是：1）当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时 errno 的值被设置为 EAGAIN。2）系统内存不足，这时 errno 的值被设置为 ENOMEM。

示例代码:

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>//创建一个子进程
int main()
{//创建一个子进程fork();printf("hello 挨踢程序员\n");return 0;
}

从运行结果，我们可以看出，fork() 之后的打印函数打印了两次，而且打印了两个进程号，这说明，fork() 之后确实创建了一个新的进程，新进程为子进程，原来的进程为父进程。

内部结构：

10. 父子进程关系

使用 fork() 函数得到的子进程是父进程的一个复制品，它从父进程处继承了整个进程的地址空间：包括进程上下文（进程执行活动全过程的静态描述）、进程堆栈、打开的文件描述符、信号控制设定、进程优先级、进程组号等。

子进程所独有的只有它的进程号，计时器等（只有小量信息）。因此，使用 fork() 函数的代价是很大的。

简单来说，一个进程调用 fork() 函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。

实际上，更准确来说，Linux 的 fork() 使用是通过写时拷贝 (copy- on-write) 实现。写时拷贝是一种可以推迟甚至避免拷贝数据的技术。内核此时并不复制整个进程的地址空间，而是让父子进程共享同一个地址空间。只用在需要写入的时候才会复制地址空间，从而使各个进程拥有各自的地址空间。也就是说，资源的复制是在需要写入的时候才会进行，在此之前，只有以只读方式共享，拷贝的地址不同。

注意：fork之后父子进程共享文件，fork产生的子进程与父进程相同的文件文件描述符指向相同的文件表，引用计数增加，共享文件文件偏移指针。

11. 区分父子进程

子进程是父进程的一个复制品，可以简单认为父子进程的代码一样的。那大家想过没有，这样的话，父进程做了什么事情，子进程也做什么事情（如上面的例子），是不是不能实现满足我们实现多任务的要求呀，那我们是不是要想个办法区别父子进程呀，这就通过 fork() 的返回值。

fork() 函数被调用一次，但返回两次。两次返回的区别是：子进程的返回值是 0，而父进程的返回值则是新子进程的进程 ID。

测试程序1：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>//区分父子进程
int main()
{pid_t pid = -1;//创建一个子进程//fork函数在子进程中返回0，在父进程中返回子进程的pidpid = fork();if(0 == pid){printf("子进程的 pid：%d ppid: %d\n",getpid(),getppid());exit(0);}else{printf("父进程的 ppid: %d pid: %d \n",getpid(),pid);}return 0;
}

测试程序2:

int main()
{pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0){   // 没有创建成功  perror("fork");return 0;}if (0 == pid){ // 子进程  while (1){printf("I am son\n");sleep(1);}}else if (pid > 0){ // 父进程  while (1){printf("I am father\n");sleep(1);}}return 0;
}

运行结果:

通过运行结果，可以看到，父子进程各做一件事（各自打印一句话）。这里，我们只是看到只有一份代码，实际上，fork() 以后，有两个地址空间在独立运行着，有点类似于有两个独立的程序（父子进程）在运行着。

一般来说，在 fork() 之后是父进程先执行还是子进程先执行是不确定的。这取决于内核所使用的调度算法。

需要注意的是，在子进程的地址空间里，子进程是从 fork() 这个函数后才开始执行代码。

12. 父子进程地址空间

父子进程各自的地址空间是独立的

int a = 10;     // 全局变量int main()
{int b = 20; //局部变量pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0){   // 没有创建成功perror("fork");}if (0 == pid){ // 子进程a = 111;b = 222;    // 子进程修改其值printf("son: a = %d, b = %d\n", a, b);}else if (pid > 0){ // 父进程sleep(1);   // 保证子进程先运行printf("father: a = %d, b = %d\n", a, b);}return 0;
}

运行结果如下：

通过得知，在子进程修改变量 a，b 的值，并不影响到父进程 a，b 的值。

堆区创建子进程：

    pid_t pid;pid = fork();int *p = NULL;//在堆区分配内存空间p = malloc(sizeof(int));if( NULL == p ){printf("malloc failed...\n");return 1;}memset(p,0,sizeof(int));*p = 200;if (0 == pid){ // 子进程sleep(1);   printf("son:*p = %d\n", *p);// free(p);// p = NULL;}else if (pid > 0){ // 父进程(*p)++;printf("father:*p = %d\n",*p);// free(p);// p = NULL;}

运行结果:

堆区创建的指针需要释放两次，不然会发生内存泄漏，检查内存泄漏（需安装sudo apt install valgrind /validlocale）

xcc@xccmachine:~/5th$ gcc adr.c
xcc@xccmachine:~/5th$ validlocale ./a.out

没释放之前：

两次释放之后：

总结：不管变量在局部还是全局或者堆区，子进程的值都不会变；所以子进程发生拷贝地址空间也是不同的；

13. GDB调试多进程

使用gdb调试的时候，gdb只能跟踪一个进程。可以在fork函数调用之前，通过指令设置gdb调试工具跟踪父进程或者是跟踪子进程。默认跟踪父进程。

set follow-fork-mode child 设置gdb在fork之后跟踪子进程。
set follow-fork-mode parent 设置跟踪父进程（默认）。

注意，一定要在fork函数调用之前设置才有效。

14. 进程退出函数

15. 等待子进程退出函数

15.1 概述

在每个进程退出的时候，内核释放该进程所有的资源、包括打开的文件、占用的内存等。但是仍然为其保留一定的信息，这些信息主要主要指进程控制块PCB的信息（包括进程号、退出状态、运行时间等）。

父进程可以通过调用wait或waitpid得到它的退出状态同时彻底清除掉这个进程。

wait() 和 waitpid() 函数的功能一样，区别在于，wait() 函数会阻塞，waitpid() 可以设置不阻塞，waitpid() 还可以指定等待哪个子进程结束。

注意：一次wait或waitpid调用只能清理一个子进程，清理多个子进程应使用循环。

15.2 wait函数

函数说明：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>pid_t wait(int *status);
功能：等待任意一个子进程结束，如果任意一个子进程结束了，此函数会回收该子进程的资源。
参数：status : 进程退出时的状态信息。
返回值：成功：已经结束子进程的进程号失败： -1

调用 wait() 函数的进程会挂起（阻塞），直到它的一个子进程退出或收到一个不能被忽视的信号时才被唤醒（相当于继续往下执行）。

若调用进程没有子进程，该函数立即返回；若它的子进程已经结束，该函数同样会立即返回，并且会回收那个早已结束进程的资源。

所以，wait()函数的主要功能为回收已经结束子进程的资源。

如果参数 status 的值不是 NULL，wait() 就会把子进程退出时的状态取出并存入其中，这是一个整数值（int），指出了子进程是正常退出还是被非正常结束的。

示例代码：

    int i=0;pid_t pid = -1;int status = 0;int ret = -1;//创建子进程pid = fork();if(-1 == pid){perror("fork");return 1;}//子进程执行if(pid == 0){for(i=0; i<5; i++){printf("child process do thing :%d\n",i);sleep(1);}exit(10);}//父进程执行printf("父进程等待了子进程退出，回收其资源\n");ret =  wait(&status);if(-1 == ret){perror("wait");return 1;}printf("父进程回收了子进程资源....\n");

运行结果：

这个退出信息在一个 int 中包含了多个字段，直接使用这个值是没有意义的，我们需要用宏定义取出其中的每个字段。

宏函数可分为如下三组：

WIFEXITED(status)

为非0 → 进程正常结束

WEXITSTATUS(status)

如上宏为真，使用此宏 → 获取进程退出状态 (exit的参数)

WIFSIGNALED(status)

为非0 → 进程异常终止

WTERMSIG(status)

如上宏为真，使用此宏 → 取得使进程终止的那个信号的编号。

WIFSTOPPED(status)

为非0 → 进程处于暂停状态

WSTOPSIG(status)

如上宏为真，使用此宏 → 取得使进程暂停的那个信号的编号。

WIFCONTINUED(status)

为真 → 进程暂停后已经继续运行

下面代码是自动执行到结束的信号的编号结果，可手动输入kill编号命令终止

15.3 waitpid函数

函数说明：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
功能：等待子进程终止，如果子进程终止了，此函数会回收子进程的资源。参数：pid : 参数 pid 的值有以下几种类型：pid > 0  等待进程 ID 等于 pid 的子进程。pid = 0  等待同一个进程组中的任何子进程，如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid 不会等待它。pid = -1 等待任一子进程，此时 waitpid 和 wait 作用一样。pid < -1 等待指定进程组中的任何子进程，这个进程组的 ID 等于 pid 的绝对值。status : 进程退出时的状态信息。和 wait() 用法一样。options : options 提供了一些额外的选项来控制 waitpid()。0：同 wait()，阻塞父进程，等待子进程退出。WNOHANG：没有任何已经结束的子进程，则立即返回。WUNTRACED：如果子进程暂停了则此函数马上返回，并且不予以理会子进程的结束状态。（由于涉及到一些跟踪调试方面的知识，加之极少用到）返回值：waitpid() 的返回值比 wait() 稍微复杂一些，一共有 3 种情况：1) 当正常返回的时候，waitpid() 返回收集到的已经回收子进程的进程号；2) 如果设置了选项 WNOHANG，而调用中 waitpid() 发现没有已退出的子进程可等待，则返回 0；3) 如果调用中出错，则返回-1，这时 errno 会被设置成相应的值以指示错误所在，如：当 pid 所对应的子进程不存在，或此进程存在，但不是调用进程的子进程，waitpid() 就会出错返回，这时 errno 被设置为 ECHILD；

不阻塞：

16. 孤儿进程

父进程运行结束，但子进程还在运行（未运行结束）的子进程就称为孤儿进程（Orphan Process）。

每当出现一个孤儿进程的时候，内核就把孤儿进程的父进程设置为 init ，而 init 进程会循环地 wait() 它的已经退出的子进程。这样，当一个孤儿进程凄凉地结束了其生命周期的时候，init 进程就会代表党和政府出面处理它的一切善后工作。

因此孤儿进程并不会有什么危害。

17. 僵尸进程

进程终止，父进程尚未回收，子进程残留资源（PCB）存放于内核中，变成僵尸（Zombie）进程。

这样就会导致一个问题，如果进程不调用wait() 或 waitpid() 的话，那么保留的那段信息就不会释放，其进程号就会一直被占用，但是系统所能使用的进程号是有限的，如果大量的产生僵尸进程，将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程，此即为僵尸进程的危害，应当避免。

 pid_t pid = -1;//创建一个子进程pid = fork();//执行子进程if(pid == 0){for(int i=0;i<5;i++){printf("子进程偷懒了%d次\n",i);sleep(1);}printf("子进程被发现了,先退出了...\n");//子进程退出exit(0);}sleep(100);printf("父进程偷懒结束 父进程退出...\n");return 0;

使用killall a.out杀死

18. 进程替换

概述

在 Windows 平台下，我们可以通过双击运行可执行程序，让这个可执行程序成为一个进程；而在 Linux 平台，我们可以通过 ./ 运行，让一个可执行程序成为一个进程。

但是，如果我们本来就运行着一个程序（进程），我们如何在这个进程内部启动一个外部程序，由内核将这个外部程序读入内存，使其执行起来成为一个进程呢？这里我们通过 exec 函数族实现。

exec 函数族，顾名思义，就是一簇函数，在 Linux 中，并不存在 exec() 函数，exec 指的是一组函数，一共有 6 个：

#include <unistd.h>
extern char **environ;int execl(const char *path, const char *arg, .../* (char  *) NULL */);
int execlp(const char *file, const char *arg, ... /* (char  *) NULL */);
int execle(const char *path, const char *arg, .../*, (char *) NULL, 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 *filename, 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或目录名找到可执行文件，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。

进程调用一种 exec 函数时，该进程完全由新程序替换，而新程序则从其 main 函数开始执行。因为调用 exec 并不创建新进程，所以前后的进程 ID （当然还有父进程号、进程组号、当前工作目录……）并未改变。exec 只是用另一个新程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段（进程替换）。

exec 函数族使用说明

exec 函数族的 6 个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。

补充说明：

l(list)	参数地址列表，以空指针结尾
v(vector)	存有各参数地址的指针数组的地址
p(path)	按 PATH 环境变量指定的目录搜索可执行文件
e(environment)	存有环境变量字符串地址的指针数组的地址

exec 函数族与一般的函数不同，exec 函数族中的函数执行成功后不会返回，而且，exec 函数族下面的代码执行不到。只有调用失败了，它们才会返回 -1，失败后从原程序的调用点接着往下执行。

execlp函数

示例代码：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>//进程替换
int main()
{printf("hello 挨踢程序员\n");//arg0 arg1 arg2....argn//argo 一般是可执行文件名  argn必须是NULLexeclp("ls","ls","-l","/home/test",NULL);//等价于ls -l /home/testprintf("hello world\n");return 0;
}

运行结果：

最后一句的“hello world”没有被打印，为什么？画图分析一下：

execl函数

和execlp相似，它们就第一个参数不同，一个是可执行文件名，另一个是执行文件的路径

int execl(const char *path, const char *arg, .../* (char  *) NULL */);

execv/execvp函数

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

execle/execvpe函数

int execle(const char *path, const char *arg, .../*, (char *) NULL, char * const envp[] */)
int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

envp：环境变量

用法：

#define _GNU_SOURCE
#include<string.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
char *envp[] = {"ADDR=BEIJING",NULL};
//最后一个参数是环境变量指针数组
execle("/bin/ls","ls","ls","-l","home/test",null,envp);

//第一个参数是可执行文件
//第二个参数是参数列表 指针数组
//第三个参数是环境变量列表 指针数组
execvpe（"ls",argv,envp）;

运行结果：

19. 源码包安装(扩展)

第一步：生成Makefile和检测当前环境

xcc@machine:~/tools/valgrind-3.13.0 sudo ./configure

第二步: 编译源码生成可执行文件

xcc@machine:~/tools/valgrind-3.13.0$ sudo make -j4

第三步： 安装

xcc@machine:~/tools/valgrind-3.13.0$ sudo make install

**第四步：**测试

xcc@machine:~/tools/valgrind-3.13.0$ valgrind

valgrind: no program specified

valgrind: Use --help for more information.

20. 作业

1）编写测试程序,测试fork之前打开文件，父子进程之间是否共享文件

提示：

子进程write
父进程read

2）多进程编程

父进程fork三个子进程：

一个调用ps命令
一个调用自定义应用程序
一个调用会出现段错误的程序

父进程回收三个子进程(waitpid)，并且打印三个子进程的退出状态

3) 文件操作

统计出指定目录中普通文件的个数.(递归)

4)实现ps aux | grep bash功能

提示：fork(), pipe(), dup2(), execlp()

21.答案

3) 文件操作

统计出指定目录中普通文件的个数.(递归)

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <dirent.h>
#include <sys/types.h>int get_file_num(char* root)
{int total = 0;DIR* dir = NULL;// 打开目录dir = opendir(root);// 循环从目录中读文件char path[1024];// 定义记录xiang指针struct dirent* ptr = NULL;while( (ptr = readdir(dir)) != NULL){// 跳过. he ..if(strcmp(ptr->d_name, ".") == 0 || strcmp(ptr->d_name, "..") == 0){continue;}// 判断是不是目录if(ptr->d_type == DT_DIR){///home/deng/sharesprintf(path, "%s/%s", root, ptr->d_name);// 递归读目录total += get_file_num(path);}// 如果是普通文件if(ptr->d_type == DT_REG){total ++;}}closedir(dir);return total;
}int main(int argc, char* argv[])
{if(argc < 2){printf("./a.out path");exit(1);}int total = get_file_num(argv[1]);printf("%s has regfile number: %d\n", argv[1], total);return 0;
}