exec函数族，fork， vfork

深藏阁楼爱情的钟 2022-12-11 12:24 159阅读 0赞

一、exec函数族接口。  
1、什么是exec函数族？  
exec函数是一系列的函数接口，然后这些接口的作用就是让一个程序替换(覆盖)掉原来的子进程的。

2、exec函数族接口有哪些？  
功能： execl, execlp, execle, execv, execvp, execvpe - execute a file  
//执行一些文件。

头文件：\#include <unistd.h>  
原型：  
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\[\]);

参数：  
path： 需要执行的那个程序的绝对路径 /home/gec/project  
arg：以","分开所有的参数，以NULL作为结束标识  
file： 文件名 project  
envp： 环境变量  
argv： 参数的数组

返回值：  
成功：一直执行那个文件。  
失败：只有发生错误时，才会返回-1。

3、示例： 尝试产生一个子进程，然后子进程执行"ls -l"这个程序。  
\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>  
\#include <unistd.h>  
\#include <sys/wait.h>

//int execvpe(const char \*file, char \*const argv\[\],char \*const envp\[\]);

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
//1. 现在还是一个单进程的程序。  
//2. 在单进程的状态下，去创建一个新的子进程。  
pid\_t x;  
x = fork();  
  
//3. 通过判断返回值。  
if(x > 0)  
\{  
//4. 父进程打印helloworld，就主动回收资源，再退出。  
printf("helloworld!\\n");  
  
wait(NULL);  
  
exit(0);  
\}  
  
if(x == 0)  
\{  
printf("child 1\\n");  
  
//5. 子进程使用exec函数族的接口去执行"ls -l"这个程序。  
//execl("/bin/ls","ls","-l",NULL); //为什么这里能执行ls,因为在/bin下找到ls -> 99%  
//execlp("ls","ls","-l",NULL); //为什么这里能执行ls，因为ls是在环境变量/bin下  
//execle("/bin/ls","ls","-l",NULL,NULL);  
  
char \*arg\[3\] = \{"ls","-l",NULL\};  
//execv("/bin/ls",arg);  
//execvp("ls",arg);  
//execvpe("ls",arg,NULL);  
  
printf("child 2!\\n");  
  
exit(0);  
\}  
  
return 0;  
\}

4、 结论。  
1）以上6个函数功能类似的，记住一个就可以了。  
2）exec函数族功能替换(覆盖)掉一个进程，所以在exec函数之后的代码都变成无效的。  
3）替换前后，子进程的PID号不会改变。

二、如何确保子进程先运行？ -> vfork() -> man 2 vfork  
功能： vfork - create a child process and block parent  
//创建一个子进程并且让父进程阻塞。

头文件：\#include <sys/types.h>  
\#include <unistd.h>

原型：  
pid\_t vfork(void);

参数：无  
返回值：  
成功： 产生新子进程 父进程 子进程  
子进程的ID号 0

失败： 没有产生新的子进程 父进程  
\-1

注意：  
1）fork()虽然父子随机先后，但是同时开始执行。  
2）vfork()产生了孩子之后，孩子就会正常执行，但是父进程就会阻塞。  
父进程阻塞到  
1）孩子调用exit()  
2）孩子调用exec()函数族  
3）孩子调用exit(),父进程调用exit()。  
4）孩子不调用exit(),父进程调用exit()，子进程执行结束后，虽然没有exit(),但是父进程中有，也能解锁父进程。  
为止。

3）父子进程都不调用exit()就会出错。  
Aborted (core dumped)

三、分析父子进程在内存中资源问题。  
1、研究fork()的资源问题。  
例子1：  
\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>  
\#include <unistd.h>  
\#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
//1. 在fork之前，我定义一个变量。  
int a = 100;  
  
//2. 现在是单进程的程序。  
//3. 在单进程的程序，创建了一个新的子进程。  
pid\_t x;  
x = fork();  
  
//4. 通过返回值判断  
if(x > 0)  
\{  
printf("parent &a = %p\\n",&a); //0x0011  
printf("parent a = %d\\n",a); //100  
wait(NULL);  
exit(0);  
\}  
  
if(x == 0)  
\{  
printf("child &a = %p\\n",&a); //0x0011  
printf("child a = %d\\n",a); //100  
exit(0);  
\}  
  
return 0;  
\}

结果：  
parent &a = 0x7fffce337c90  
parent a = 100  
child &a = 0x7fffce337c90  
child a = 100

结论：  
为什么小孩能够使用a，因为fork()之前的资源，都会给小孩拷贝一份。

例子2：  
\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>  
\#include <unistd.h>  
\#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
//1. 在fork之前，我定义一个变量。  
int a = 100;  
  
//2. 现在是单进程的程序。  
//3. 在单进程的程序，创建了一个新的子进程。  
pid\_t x;  
x = fork();  
  
//4. 通过返回值判断  
if(x > 0)  
\{  
a = 50;  
//printf("parent &a = %p\\n",&a); //0x0011  
printf("parent a = %d\\n",a); //50  
wait(NULL);  
exit(0);  
\}  
  
if(x == 0)  
\{  
//printf("child &a = %p\\n",&a); //0x0011  
printf("child a = %d\\n",a); //100  
exit(0);  
\}  
  
return 0;  
\}

结果：  
parent a = 50  
child a = 100

结论： 父进程与子进程拥有独立的空间，父亲的a不会影响小孩的a

例子3：  
\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>  
\#include <unistd.h>  
\#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
//1. 在fork之前，我定义一个变量。  
//int a = 100;  
  
//2. 现在是单进程的程序。  
//3. 在单进程的程序，创建了一个新的子进程。  
pid\_t x;  
x = fork();  
  
//4. 通过返回值判断  
if(x > 0)  
\{  
int a = 100;  
//a = 50;  
//printf("parent &a = %p\\n",&a); //0x0011  
printf("parent a = %d\\n",a);  
wait(NULL);  
exit(0);  
\}  
  
if(x == 0)  
\{  
//printf("child &a = %p\\n",&a); //0x0011  
printf("child a = %d\\n",a);  
exit(0);  
\}  
  
return 0;  
\}

结果：编译不通过。  
原因：子进程的a没有声明。

例子4：  
\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>  
\#include <unistd.h>  
\#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
//1. 在fork之前，我定义一个变量。  
//int a = 100;  
  
//2. 现在是单进程的程序。  
//3. 在单进程的程序，创建了一个新的子进程。  
pid\_t x;  
x = fork();  
  
//4. 通过返回值判断  
if(x > 0)  
\{  
int a = 100;  
//a = 50;  
//printf("parent &a = %p\\n",&a); //0x0011  
printf("parent a = %d\\n",a); //100  
wait(NULL);  
exit(0);  
\}  
  
if(x == 0)  
\{  
int a = 50;  
//printf("child &a = %p\\n",&a); //0x0011  
printf("child a = %d\\n",a); //50  
exit(0);  
\}  
  
return 0;  
\}

结果：  
parent a = 100  
child a = 50

==========================================================  
综上所述：  
\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>  
\#include <unistd.h>  
\#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
//政府有规定，只要生了一个小孩，本来的父亲有多少财产，政府就会补贴一模一样的数据给这个小孩。  
//1. 现在还是只有1个父亲，结果父亲中奖，中了100万。  
int a = 100;  
  
//2. 这时候父亲带着这个100万，去生了一个小孩。  
pid\_t x;  
x = fork();  
  
if(x > 0)  
\{  
//2.5 父亲生完小孩之后，偷偷去买了一套200平方的房子（fork之后的资源，不会继承给孩子）  
int b = 200;  
  
//3. 父亲查看一下自己的财产，看看有多少钱。  
printf("parent a = %d\\n",a); //100  
  
//6. 看到自己有钱了，赶紧去澳门，输了50万。  
a -= 50;  
  
//7. 父亲再次查看自己的财产，看看有多少钱。  
printf("parent a = %d\\n",a); //50  
  
//8. 父亲去看看自己的房子，去休息一下。  
printf("parent b = %d\\n",b); //200  
b = 300;  
\}  
  
if(x == 0)  
\{  
//4. 孩子查看一下自己的财产，看看有多少钱。  
printf("child a = %d\\n",a); //100  
  
//5. 小孩有点累，想睡眠一下  
sleep(3);  
  
//8. 这时候小孩醒了之后，发现父亲去赌博输钱，赶紧查看自己的财产：  
printf("child a = %d\\n",a); //100 心里想着父亲去赌博输钱了，关我屁事 表面父子  
  
//9. 孩子也想去父亲的新房看看。  
printf("child b = %d\\n",b); //父亲说，这是我的房子，关你屁事，还要把你告上法庭(编译出错)  
\}  
  
return 0;  
\}

2、研究vfork()资源问题。  
\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>  
\#include <unistd.h>  
\#include <sys/wait.h>

int main(int argc,char \*argv\[\])  
\{  
//fork(): 父子进程的资源分开的。  
//vfork(): 父子进程的资源共享的。  
  
int a = 0;  
pid\_t x;  
x = vfork();  
if(x > 0)  
\{  
int b;  
a++;  
printf("parent a = %d\\n",a);//3  
printf("parent b = %d\\n",b);//0 -> vfork()之后的资源b，不会与子进程的资源b共享。  
wait(NULL);  
\}  
  
if(x == 0)  
\{  
int b = 200;  
a+=2;  
printf("child a = %d\\n",a); //2  
printf("child b = %d\\n",b); //200  
exit(0);  
\}  
  
return 0;  
\}

结果：  
child a = 2  
child b = 200  
parent a = 3  
parent b = 0

总结fork()与vfork()异同：  
1）fork()与vfork()都是可以创建一个新的子进程。  
2）fork()与vfork()函数返回值都是一样的。  
3）在fork之前的所有资源，在fork()之后，都会拷贝一份给子进程，父子进程拥有独立的空间。  
所以修改了父进程的资源，子进程的资源不会修改。  
修改了子进程的资源，父进程的资源不会修改。  
在父进程中定义的变量，在子进程中不可以使用。  
在子进程中定义的变量，在父进程中不可以使用。  
4）在vfork()之前的所有资源，在vfork()之后，可以共享给子进程。  
所以修改了父进程的资源，子进程的资源跟着修改。  
修改了子进程的资源，父进程的资源跟着修改。  
在父进程中定义的变量，在子进程中不可以使用。  
在子进程中定义的变量，在父进程中不可以使用。  
5）fork()随机先后运行。  
vfork()确保子进程先运行，子进程中调用exit()/exec()就会导致父进程解锁。  
  
fork() vfork()  
分裂之前的资源 分开 共享  
分裂之后的资源 分开 分开