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[APUE]進程控制(中)，apue進程控制

一、wait和waitpid函數

當一個進程正常或異常終止時會向父進程發送SIGCHLD信號。對於這種信號系統默認會忽略。調用wait/waidpid的進程可能會:

阻塞(如果其子進程都還在運行);
立即返回子進程的終止狀態(如果一個子進程已經終止正等待父進程存取其終止狀態);
出錯立即返回(如果它沒有任何子進程);
如果進程由於收到SIGCHLD信號而調用wait，則可期望wait會立即返回。但是在任一時刻調用則進程可能阻塞。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *statloc);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *statloc, int options);
返回值: 成功返回進程ID, 出錯-1.

這兩個函數區別:

wait如果在子進程終止前調用則會阻塞，而waitpid有一選項可以使調用者不阻塞。
waitpid並不等待第一個終止的子進程--它有多個選項，可以控制它所等待的進程。

如果調用者阻塞而且它有多個子進程，則在其一個子進程終止時，wait就立即返回。因為wait返回子進程ID，所以調用者知道是哪個子進程終止了。
  參數statloc是一個整型指針。如果statloc不是一個空指針，則終止狀態就存放到它所指向的單元內。如果不關心終止狀態則將statloc設為空指針。
  這兩個函數返回的整型狀態由實現定義。其中某些位表示退出狀態(正常退出)，其他位則指示信號編號(異常返回)，有一位指示是否產生了一個core文件等等。POSIX.1規定終止狀態用定義在<sys/wait.h>中的各個宏來查看。有三個互斥的宏可用來取得進程終止的原因，它們的名字都已WIF開始。基於這三個宏中哪一個值是真，就可選用其他宏(這三個宏之外的其他宏)來取得終止狀態、信號編號等。

下面的程序中pr_exit函數使用上表中的宏以打印進程的終止狀態。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void pr_exit(int status)
{
    if (WIFEXITED(status)) {
        printf("normal termination, exit status=%d\n", WEXITSTATUS(status));
    } else if (WIFSIGNALED(status)) {
        printf("abnormal termination, signal number = %d\n", WTERMSIG(status), 
    #ifdef WCOREDUMP
        WCOREDUMP(status) ? "(core file generated)" : "");
    #else
        "");
    #endif
    } else if (WIFSTOPPED(status)) {
        printf("child stopped, signal number = %d\n", WSTOPSIG(status));
    }
}

int main(void)
{
    pid_t pid;
    int status;
    
    if ((pid = fork()) < 0) {
        fprintf(stderr, "fork error");
    } else if (pid == 0) {
        exit(7);
    }
    
    if (wait(&status) != pid) {
        fprintf(stderr, "wait error");
    }
    
    pr_exit(status);
    
    if ((pid = fork()) < 0) {
        fprintf(stderr, "fork error");
    } else if (pid == 0) {
        abort();
    }
    
    if (wait(&status) != pid) {
        fprintf(stderr, "wait error");
    }
    
    pr_exit(status);
    
    if ((pid = fork()) < 0) {
        fprintf(stderr, "fork error");
    } else if (pid == 0) {
        status /= 0;
    }
    
    if (wait(&status) != pid) {
        fprintf(stderr, "wait error");
    }
    
    pr_exit(status);
    
    return 0;
}

編譯運行結果:

wait是只要有一個子進程終止就返回，waitpid可以指定子進程等待。對於waitpid的pid參數:

pid == -1, 等待任一子進程。這時waitpid與wait等效。
pid > 0, 等待子進程ID為pid。
pid == 0, 等待其組ID等於調用進程的組ID的任一子進程。
pid < -1 等待其組ID等於pid的絕對值的任一子進程。

對於wait,其唯一的出錯是沒有子進程(函數調用被一個信號中斷，也可能返回另一種出錯)。對於waitpid, 如果指定的進程或進程組不存在,或者調用進程沒有子進程都能出錯。 options參數使我們能進一步控制waitpid的操作。此參數或者是0，或者是下表中常數的逐位或運算。

二、競態條件

當多個進程都企圖對某共享數據進行某種處理，而最後的結果又取決於進程運行的順序，則我們認為這發生了競態條件(race condition)。如果在fork之後的某種邏輯顯式或隱式地依賴於在fork之後是父進程先運行還是子進程先運行，那麼fork函數就會是競態條件活躍的孽生地。
如果一個進程希望等待一個子進程終止，則它必須調用wait函數。如果一個進程要等待其父進程終止，則可使用下列形式的循環:

while(getppid() != 1)
    sleep(1);

  這種形式的循環(稱為定期詢問(polling))的問題是它浪費了CPU時間，因為調用者每隔1秒都被喚醒，然後進行條件測試。
  為了避免競態條件和定期詢問,在多個進程之間需要有某種形式的信號機制。在UNIX中可以使用信號機制，各種形式的進程間通信(IPC)也可使用。
  在父、子進程的關系中，常常有以下情況:在fork之後，父、子進程都有一些事情要做。例如:父進程可能以子進程ID更新日志文件中的一個記錄，而子進程則可能要為父進程創建一個文件。在本例中，要求每個進程在執行完它的一套初始化操作後要通知對方，並且在繼續運行之前，要等待另一方完成其初始化操作。這種情況可以描述為如下:

TELL_WAIT();

if ((pid = fork()) < 0) {
    err_sys("fork error");
} else if (pid == 0) {
    TELL_PARENT(getppid());
    WAIT_PARENT();
    exit(0);
}

TELL_CHILD(pid);
WAIT_CHILD();
exit(0);

三、exec函數

當進程調用exec函數時，該進程完全由新進程代換，而新程序則從其main函數開始執行。因為調用exec並不創建新進程，所以前後的進程ID不會改變。exec只是用另一個程序替換了當前進程的正文、數據、堆和棧段。

#include <unistd.h>

int execl(const char *pathname, const char *arg0, ... /* (char *) 0 */);
int execv(const char *pathname, char *const argv[]);
int execle(const char *pathname, const char *arg0, ... /* (char *)0, char *const envp[] */);
int execve(const char *pathname, char *const argv[], char *const envp[]);
int execlp(const char *filename, const char *arg0, ... /* (char *) 0 */);
int execvp(const char *filename, char *const argv[]);
返回值:出錯-1，若成功不返回

這些函數之間的第一個區別是前四個取路徑名作為參數，後兩個取文件名作為參數。當制定filename作為參數時:

如果filename中包含/,則就將其視為路徑名。
否則按PATH環境變量。

  如果excelp和execvp中的任意一個使用路徑前綴中的一個找到了一個可執行文件，但是該文件不是機器可執行代碼文件，則就認為該文件是一個shell腳本，於是試著調用/bin/sh，並以該filename作為shell的輸入。
  第二個區別與參數表的傳遞有關(l 表示表(list),v 表示矢量(vector))。函數execl、execlp和execle要求將新程序的每個命令行參數都說明為一個單獨的參數。這種參數表以空指針結尾。另外三個函數execv,execvp,execve則應先構造一個指向個參數的指針數組，然後將該數組地址作為這三個函數的參數。
  最後一個區別與向新程序傳遞環境表相關。以 e 結尾的兩個函數excele和exceve可以傳遞一個指向環境字符串指針數組的指針。其他四個函數則使用調用進程中的environ變量為新程序復制現存的環境。
  六個函數之間的區別:

每個系統對參數表和環境表的總長度都有一個限制。當使用shell的文件名擴充功能產生一個文件名表時，可能會收到此值的限制。例如，命令:

grep _POSIX_SOURCE /usr/include/*/*.h

在某些系統上可能產生下列形式的shell錯誤。

arg list too long

執行exec後進程ID沒改變。除此之外，執行新程序的進程還保持了原進程的下列特征:

進程ID和父進程ID。
實際用戶ID和實際組ID。
添加組ID。
進程組ID。
對話期ID。
控制終端。
鬧鐘尚余留的時間。
當前工作目錄。
根目錄。
文件方式創建屏蔽字。
文件鎖。
進程信號屏蔽。
未決信號。
資源限制。
tms_utime,tms_stime,tms_cutime以及tms_ustime值。

  對打開文件的處理與每個描述符的exec關閉標志值有關。進程中每個打開描述符都有一個exec關閉標志。若此標志設置，則在執行exec時關閉該文件描述符，否則該描述符仍打開。除非特地用fcntl設置了該標志，否則系統的默認操作是在exec後仍保持這種描述符打開。
  POSIX.1明確要求在exec時關閉打開目錄流。這通常是由opendir函數實現的，它調用fcntl函數為對應於打開目錄流的描述符設置exec關閉標志。
  在exec前後實際用戶ID和實際組ID保持不變，而有效ID是否改變則取決於所執行程序的文件的設置-用戶-ID位和設置-組-ID位是否設置。如果新程序的設置-用戶-ID位已設置，則有效用戶ID變成程序文件的所有者的ID，否則有效用戶ID不變。對組ID的處理方式與此相同。

在很多UNIX實現中，這六個函數只有一個execve是系統調用。另外5個是庫函數

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