Linux啟動新進程的三種方法

程序中，我們有時需要啟動一個新的進程，來完成其他的工作。
下面介紹了三種實現方法，以及這三種方法之間的區別。

1.system函數-調用shell進程，開啟新進程
system函數，是通過啟動shell進程，然後執行shell命令進程。
原型：

int system(const char *string);

string:shell命令字符串
返回值：成功返回命令退出碼，無法啟動shell，返回127錯誤碼，其他錯誤，返回-1。

代碼示例如下：
process_system.c

#include<stdlib.h>                                                              
#include<stdio.h>
int main()
{
        printf("Running ps with system\n");
        int code = system("ps au");//新進程結束後，system函數才返回
        //int code = system("ps au");//system函數立即返回
        printf("%d\n",code);
        printf("ps Done\n");
        exit(0);
}

輸出結果：

system函數，在啟動新進程時，必須先啟動shell進程，因此使用system函數的效率不高。

2.exec系列函數-替換進程映像
exec系列函數調用時，啟動新進程，替換掉當前進程。即程序不會再返回到原進程，
除非exec調用失敗。
exec啟動的新進程繼承了原進程的許多特性，如在原進程中打開的文件描述符在新進程中仍保持打開。
需要注意的是，在原進程中打開的文件流在新進程中將關閉。原因在於，我們在前面講過進程間通信的方式，進程之間需要管道才能通信。

原型：

int execl(const char *path,const char *arg0,...,(char*)0);
int execlp(const char *file,const char *arg0,...,(char*)0);
int execle(const char *path,const char *arg0,...,(char*)0,char *const envp[]);

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

path/file：進程命令路徑/進程命令名
argc:命令參數列表
envp:新進程的環境變量
代碼示例如下：
process_exec.c

#include<stdio.h>
int main()
{
    printf("Running ps with execlp\n");
    execlp("ps","ps","au",(char*)0);
    printf("ps done");
    exit(0);
}

輸出結果：

可以看出，調用execlp函數後，原進程被新進程替換，原進程中printf("ps done");沒有被執行到。

3.fork函數-復制進程映像
1)fork函數的使用
fork和exec的替換不同，調用fork函數，可復制一個和父進程一模一樣的子進程。
執行的代碼也完全相同，但子進程有自己的數據空間，環境和文件描述符。
原型：

pid_t fork();

父進程執行時，返回子進程的PID
子進程執行時，返回0

代碼示例如下：
process_fork.c

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
    pid_t pid = fork();
    switch(pid)
    {
        case -1:
            perror("fork failed");
            exit(1);
            break;
        case 0:
            printf("\n");
            execlp("ps","ps","au",0);
            break;
        default:
            printf("parent,ps done\n");
            break;
    }
    exit(0);
}

輸出結果：

調用fork函數後，新建了一個子進程，拷貝父進程的代碼，數據等到子進程的內存空間。父進程和子進程執行互不影響。使用fork函數的返回值，來區分執行的是父進程，還是子進程。

2)僵屍進程
子進程退出後，內核會將子進程置為僵屍狀態。此時，子進程只保留了最小的一些內核數據結構，如退出碼，以便父進程查詢子進程的退出狀態。這時，子進程就是一個僵屍進程。

在父進程中調用wait或waitpid函數，查詢子進程的退出狀態，可以避免僵屍進程。
原型：

pid_t wait(int *stat_loc);
pid_t waitpid(pid_t pid,int *stat_loc,int options);

stat_loc:若不是空指針，則子進程的狀態碼會被寫入該指針指向的位置。
pid:等待的子進程的進程號pid
options:標記阻塞或非阻塞模式
返回值：成功返回子進程的pid，若子進程沒有結束或意外終止，返回0

wait：阻塞模式(使用了信號量)，父進程調用wait時，會暫停執行，等待子進程的結束。
wait調用返回後，子進程會徹底銷毀。

waitpid:與wait不同的是，
a.可以表示四種不同的子進程類型
     pid==-1 等待任何一個子進程，此時waitpid的作用與wait相同
　　pid >0 等待進程ID與pid值相同的子進程
　　pid==0 等待與調用者進程組ID相同的任意子進程
　　pid<-1 等待進程組ID與pid絕對值相等的任意子進程
b.當options的值為WNOHANG時，為非阻塞模式，即waitpid會立即返回
此時，可以循環查詢子進程的狀態，若子進程未結束，waitpid返回，做其他工作。
這樣提高了程序的效率。

wait函數使用示例如下：
process_fork3.c

#include<wait.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
    pid_t pid = fork();
    int stat = 0;
    switch(pid)
    {
        case -1:
            perror("fork failed");
            exit(1);
            break;
        case 0:
            printf("\n");
            exit(0);
            break;
        default:
            pid = wait(&stat);
            printf("Child has finished:PID=%d\n",pid);
            printf("parent,ps done\n");
            break;
    }
    exit(0);
}

輸出結果：

waitpid函數使用示例如下：
process_fork2.c

#include<wait.h>
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{
    pid_t pid = fork();
    int stat = 0;
    switch(pid)
    {
        case -1:
            perror("fork failed");
            exit(1);
            break;
        case 0:
            printf("\n");
            execlp("ps","ps","au",0);
            break;
        default:
            do
            {
                pid = waitpid(pid,&stat,WNOHANG);
                if(pid==0)
                {
                    printf("parent do something else.\n");
                    sleep(1);
                }
            }while(pid==0);
            printf("Child has finished:PID=%d\n",pid);
            printf("parent,ps done\n");
            break;
    }
    exit(0);
}

輸出結果：

4.啟動新進程三種方法的比較
1)system函數最簡單，啟動shell進程，並在shell進程中執行新的進程。
效率不高，system函數必須等待子進程返回才能接著執行。

2)exec系列函數用新進程替換掉原進程，但不會返回到原進程，除非調用失敗。
該函數繼承了許多原進程的特性，效率也較高。

3)fork函數，復制一個子進程，和父進程一模一樣，但是擁有自己的內存空間。父子進程執行互不影響。需要注意僵屍子進程的問題。