【Linux后端服务器开发】进程控制与替换

目录

一、进程控制

1. 进程退出

2. 进程等待

2.1 阻塞等待

2.2 status位图结构

2.3 非阻塞等待

二、进程替换

1. exec*系列函数

2. 进程替换高级语言可执行程序

一、进程控制

1. 进程退出

进程退出会进入僵尸态，把自己的退出结果写入到自己的task_struct中

  • exit() 库函数：终止进程时主动刷新缓冲区
  • _exit() 系统调用：终止进程时不刷新缓冲区
#include <stdio.h>int main() 
{printf("hello world");sleep(2);//exit(1);        //两秒后打印//_exit(1);       //两秒后不打印return 0;
}

代码退出的情况：

  1. 代码跑完，结果正确 ---- return 0;
  2. 代码跑完，结果错误 ---- return !0; 退出码有意义
  3. 代码未跑完，报异常 ---- 退出码无意义

进程退出的时候，有对应的退出码，标定进程执行的结果是否正确。

退出码：

  • return 0, 进程退出码为 0，标定进程执行的结果正确
  • 如何设置返回值退出码？
  • 如果不关心进程退出码，直接return 0 即可
  • 如果关心进程退出码，返回 0 表示正确，返回非0用特定的数据表明特定的错误
  • echo $? 查看上一个进程的退出码，? 是一个变量，永远存放上一个进程退出的退出码

打印错误码：

int main() 
{for (int i = 0; i < 100; ++i) {printf("%d : %s\n", i, strerror(i));}return 0;
}

2. 进程等待

  • 去除子进程僵尸态，获取子进程退出结果
  • pid_t wait(int* status)：成功则返回被等待进程的pid，失败则返回-1
  • pid_t waitpid(pid_t id, int* status, int option)：option为0代表阻塞等待
  • wait/waitpid 是一个系统调用 ---> os有能力和资格去读取进程的task_struct

2.1 阻塞等待

子进程未退出，父进程只能阻塞在此等待子进程结束

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>int main() 
{pid_t id = fork();if (id == 0) {int cnt = 5;while (cnt) {printf("子进程：%d, 父进程：%d, cnt = %d\n", getpid(), getppid(), cnt--);sleep(1);}exit(10);}//父进程int status = 0;    // 保存退出码pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);    //option为 0 代表阻塞等待if (id > 0) {printf("wait success: %d， sign: %d, exit code: %d\n", ret, (status & 0x7F), (status>>8) & 0xFF);}return 0;
}

2.2 status位图结构

  • status退出信号是一个32bit位的位图，只有低16个bit位存储退出信息
  • (status & 0x7F) 为终止信号， (status>>8) & 0xFF) 为退出状态
  • 异常退出，被信号杀死
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>int main() 
{pid_t id = fork();if (id == 0) {int cnt = 5;while (cnt) {printf("子进程：%d, 父进程：%d, cnt = %d\n", getpid(), getppid(), cnt--);sleep(1);}int a = 10;a /= 0;         //除 0 异常exit(10);}//父进程int status = 0;pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);    //option为 0 代表阻塞等待if (id > 0) {printf("wait success: %d， sign: %d, exit code: %d\n", ret, (status & 0x7F), (status>>8) & 0xFF);}return 0;
}

8号终止信号代表浮点数异常

2.3 非阻塞等待

  • 非阻塞等待：子进程未退出，父进程检测之后立即返回
  • 非阻塞等待的意义：不用占用父进程的所有精力，可以在等待期间执行自己的任务
  • WIFEXITED(status)：是否正常退出，若正常退出则返回值非零
  • WEXITSTATUS(status)：提取子进程退出码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>#define NUM 10typedef void (*func_t)();   //函数指针func_t handlerTask[NUM];//测试样例
void Task1() 
{printf("handler task1\n");
}void Task2() 
{printf("handler task2\n");
}void Task3() 
{printf("handler task3\n");
}//给父进程装载任务 
void LoadTask() 
{memset(handlerTask, 0, sizeof(handlerTask));handlerTask[0] = Task1;handlerTask[1] = Task2;handlerTask[2] = Task3;
}int main() 
{pid_t id = fork();  //返回的本质就是写入, 写入时发生写时拷贝if (id < 0) {printf("folk error\n");return 1;}else if (id == 0) {int cnt = 5;while (cnt) {printf("我是子进程: %d, 父进程: %d, cnt = %d\n", getpid(), getppid(), cnt--);sleep(1);// int* p = NULL;// *p = 100;       //野指针报错, 退出信号为11}exit(10);}LoadTask();int status = 0;     //不是被整体使用的, 有自己的位图结构//非阻塞轮旋方式等待while (1) {pid_t ret = waitpid(id, &status, WNOHANG);  //非阻塞等待: 子进程未退出, 父进程检测之后立即返回if (ret == 0) {//子进程未退出, waitpid等待失败, 仅仅是检测到子进程状态未退出for (int i = 0; handlerTask[i] != NULL; ++i)handlerTask[i]();}//等待子进程退出成功else if (ret > 0) {//是否正常退出if (WIFEXITED(status)) {//正常退出, WIFEXITED()返回值为!0//判断子进程运行结果是否正确printf("exit_code: %d\n", WEXITSTATUS(status));    }else {//异常退出,被信号杀死printf("child process not normal\n");}break;}else {// waitpid调用失败printf("waitpid call failed\n");break;}sleep(1);}return 0;       
}

二、进程替换

进程替换：将指定进程的代码加载到指定位置，覆盖自己的代码和数据

1. exec*系列函数

加载器的底层接口，可替换任何后端语言的可执行程序

  • int execl(const char* path, const char* arg, ...)，可变参数列表以NULL结尾
  • int execlp(const char* file, const char* arg, ...)，可自动在环境变量中寻找路径
  • int execv(const char* path, char* const arg[])，可变参数数组以NULL结尾
  • int execvp(const char* file, char* const arg[])
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>int main() 
{printf("process is running\n");pid_t id = fork();if (id == 0) {sleep(1);//execl("/usr/bin/ls", "ls", "-a", "-l", "--color=auto", NULL);//execlp("ls", "ls", "-a", "-l", "--color=auto", NULL);char* const arg[] = {"ls", "-a", "-l", "--color=auto", NULL};//execv("/usr/bin/ls", arg);execvp("ls", arg);exit(10);   //若exc*调用成功，则此句代码被替换}int status = 0;pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);if (ret > 0) {printf("wait success, sig = %d, exit code = %d\n", (status & 0x7F), (status>>8) & 0xFF);}printf("process is running done\n");return 0;       
}

execve是系统调用，其他都是封装

  • int execle(const char* path, const char* arg, ... , char* const envp[])，可传环境变量
  • int execve(const char* path, char* const arg[], char* const envp[])
  • int execvpe(const char* file, char* const arg[], char* const envp[])

2. 进程替换高级语言可执行程序

创建一个test.c文件并编译 gcc -o test test.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main() 
{printf("C语言程序\n");printf("C语言程序\n");printf("PATH: %s\n", getenv("PATH"));printf("PWD: %s\n", getenv("PWD"));printf("MYENV: %s\n", getenv("MYENV"));printf("C语言程序\n");printf("C语言程序\n");exit(15);
}

创建一个py_test.py文件，chmod +x py_test.py

用进程替换这个程序，并打印环境变量

#!/bin/python
print('python process')
print('python process')
print('python process')
print('python process')
print('python process')

进程替换程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <string.h>int main() 
{printf("process is running\n");pid_t id = fork();if (id == 0) {sleep(1);putenv((char*)"MYENV=123456");     //添加自定义环境变量extern char** environ;execle("./test", "test", NULL, environ);exit(10);   //若exc*调用成功，则此句代码被替换}int status = 0;pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);if (ret > 0) {printf("wait success, sig = %d, exit code = %d\n", (status & 0x7F), (status>>8) & 0xFF);}execl("./py_test.py", "py_test.py", NULL);printf("process is running done\n");return 0;       
}

运行结果：

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