exec函数族和wait函数解决僵尸进程

1.exec函数族

功能：由exec函数族中的函数，则可以根据指定的文件名或路径，找到可执行文件。
对比fork函数：
fork：子进程复制父进程的堆栈段和数据段,子进程一旦开始运行，它继承了父进程的一切数据，但实际上数据却已经分开，相互之间不再影响
exec：一个进程调用exec类函数，它本身就"死亡"了，系统把代码段替换成新的程序代码，废弃原有数据段和堆栈段，并为新程序分配新数据段与堆栈段
也就是说：
我们用fork函数创建新进程后，经常会在新进程中调用exec函数去执行另外一个程序。当进程调用exec函数时，该进程被完全替换为新程序。因为调用exec函数并不创建新进程，所以前后进程的ID并没有改变。
exec函数族中的六个函数：

#include 
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]);
int execv(const char *path, char * const argv[]);
int execvp(const char *file, char * const argv[]);
int execve(const char *path, char * const argv[], char * const envp[]);

参数：
（1）当参数是path，传入的为路径名；当参数是file，如果参数file中包含/，则就将其视为路径名，否则就按 PATH环境变量，在它所指定的各目录中搜寻可执行文件。；
（2）可以将exec函数族分为execl和execv两类：

execl类：带l的一类exac函数（l表示list），包括execl、execlp、execle，要求将新程序的每个命令行参数都说明为 一个单独的参数，这种参数表以空指针结尾。
execv类：函数将以参数向量表传递参数，char * argv[]的形式传递文件执行时使用的参数，数组中最后一个参数为NULL；
（3）如果没有参数char * const envp[]，则采用默认环境变量；如果有，则用传入的参数替换默认环境变量；
实例：

#include 
#include 
#include 
int main(){
    pid_t tempPid;
    tempPid=fork();
    if(tempPid == -1){
        perror("fork error");
        exit(1);
    } else if(tempPid > 0) {
        printf("parent process:pid=%d\n", getpid());
    } else {
        printf("child process:pid=%d\n", getpid());
        //execl("/bin/ls","-a","-l","/home/bonjour/Experiment/fork1/main.c",NULL);	//①
        //execlp("ls","-a","-l","/home/bonjour/Experiment/fork1/main.c",NULL);	//②
        char *arg[]={"-a","-l","/home/bonjour/Experiment/fork1/main.c", NULL};	//③
        execvp("ls", arg);
        perror("error exec\n");
        printf("child process:pid=%d\n", getpid());
    } //of if
    return 0;
} //of main

2.exit

功能：进程退出
使用：

#include 
void exit(int status);

参数：
（1）status：表示进程的退出状态，0表示正常退出，非0表示异常退出，一般用-1或1表示；
（2）为了可读性，标准C定义了两个宏：EXIT_SUCCESS和EXIT_FAILURE
引出：

#include 
void _exit(int status);

对比：
_exit：系统会无条件停止 *** 作，终止进程并清除进程所用内存空间及进程在内核中的各种数据结构；
exit：对_exit进行了包装，在调用_exit()之前先检查文件的打开情况，将缓冲区中的内容写回文件。相对来说exit比_exit更为安全

3.wait函数

wait函数使用：

#include 
pid_t wait(int *status);

功能：
挂起进程，直至子进程变为僵尸态。
回收子进程资源。
若当前进程有多个子进程，只要捕获到有一个子进程变为僵尸态，就恢复执行态。
参数：
一个int *类型的指针，保存子进程退出时的状态信息。
如果参数设置为NULL，则表示不关心进程如何终止。
返回值：
成功：子进程id
失败：返回-1，errno被设置为ECHILD
补充：
errno 是记录系统的最后一次错误代码。 代码是一个int型的值，在errno.h中定义。 查看错误代码errno是调试程序的一个重要方法。

【案例 1】若子进程p1​是其父进程p的先决进程，基于wait函数使得进程同步。

#include 
#include 
#include 
int main(){
	pid_t tempPid, tempW;
	tempPid = fork();
	if(tempPid == -1){
		perror("fork error");
		exit(1);
	}else if(tempPid == 0){//child
		sleep(3);
		printf("Child process, pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
	}else{//parent
		tempW = wait(NULL);
		printf("Catched a child process, pid = %d, ppid = %d\n", tempW, getpid());
	}//of if
	printf("......finish......\n");
	return 0;
}//of main

运行结果：

当我们把wait函数注释掉：

父进程先于子进程运行并终止。
因为sleep函数导致子进程进入等待队列，所以终端竞争得到了运行权。

查看发现已经被init领养。
以上是wait函数参数为空的情况，下面进行记录子进程退出状态：

【案例 2】使用wait同步进程，并使用宏获取子进程的返回值。

此处声明两个判断进程退出状态的宏函数：

#include 
int WIFEXITED(int status);//判断子进程是否正常退出，若是，返回非0值，否则返回0
int WEXITSTATUS(int status);//和WIFEXITED配合使用，WIFEXITED返回非0值，则使用该宏提取子进程的返回值。

代码：

#include 
#include 
#include 
int main(){
    int tempStatus;
    pid_t tempPid, tempW;
    tempPid = fork();
    if(tempPid == -1){
        perror("fork error");
        exit(1);
    } else if(tempPid == 0){//子
        sleep(3);
        printf("Child process: pid=%d\n",getpid());
        exit(5);
 	}  else{//父
        tempW = wait(&tempStatus);
        if(WIFEXITED(tempStatus)){
            printf("Child process pid=%d exit normally.\n", tempW );
            printf("Return Code:%d\n",WEXITSTATUS(tempStatus));
        } else {
            printf("Child process pid=%d exit abnormally.\n", tempW);
        }//of if
    }//of if
    return 0;
}//of main

4.waitpid函数

使用：

#include 
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

功能：
waitpid是基于wait函数的，wait函数有一个缺点：当有很多个子进程的时候，wait函数无法保证所有子进程在父进程之前执行。（只是捕捉到一个僵尸态进程而已）
而waitpid则可以指定子进程，也可以在父进程不阻塞的情况下获取子进程状态。
参数：
pid：指定进程组、进程号
1.>0：等待进程号为pid的子进程退出，若退出，函数返回；若未结束，一直等待
2. =0：等待同一进程组的所有子进程退出，注意，若某进程进入其他进程组，则waitpid则不再关心他的状态
3. -1：退化为waitpid函数
4. <-1：等待指定进程组中的任何子进程，进程组的id等于pid的绝对值
options：提供控制选项，可以是一个常量，也可以是|连接的两个常量

1 WNOHANG：如果子进程没有终止，waitpid不会阻塞父进程，会立即返回；
2. WUNTRACED：如果子进程暂停执行，waitpid立即返回；
3. 0：不使用选项。

返回值：
成功：返回捕捉到的子进程id
0：options=WNOHANG，waitpid发现没有已退出的子进程可回收
-1：出错，errno被设置

【案例 3】父进程等待进程组中指定子进程，该进程不退出，则父进程一直阻塞。

test_waitpid.c
#include 
#include 
#include 
int main(){
	pid_t tempPid, tempP, tempW;
	tempPid= fork();							//创建第一个子进程
	if (tempPid == -1){							
		perror("fork1 error");
		exit(1);
	} else if (tempPid == 0){						//子进程沉睡
		sleep(5);
		printf("First child process:pid=%d\n", getpid());
	} else {						//父进程继续创建进程
		int i;
		tempP = tempPid;
		for (i = 0; i < 3; i++){					//由父进程创建3个子进程
			if ((tempPid = fork()) == 0){
				break;
			}//of if
		}//of for i
		if (tempPid == -1){						//出错
			perror("fork error");
			exit(2);
		} else if (tempPid == 0){					//子进程
			printf("Child process:pid=%d\n", getpid());
			exit(0);
		} else {					//父进程
			tempW = waitpid(tempP, NULL, 0);			//等待第一个子进程执行
			if (tempW == tempP){
				printf("Catch a child Process: pid=%d\n", tempW);
			}else{
				printf("waitpid error\n");
			}//of if
		}//of if
	}//of if
	return 0;
}//of main

【案例 4】基于waitpid函数不断获取子进程的状态。

wait()函数：父进程可以通过wait()和waitpid()函数可以有效防止僵尸进程的产生，对于已存在的僵尸进程，则可通过杀死其父进程的方法解决，当僵尸进程的父进程被终止后，僵尸进程将作为孤儿进程被init进程接收，init进程会不断调用wait()函数获取子进程状态，对已处于僵尸态的进程进行处理。所以说，孤儿进程永远不会成为僵尸进程。

作业案例： 创建一个子进程，使父子进程分别打印不同的内容； 创建一个子进程，使子进程通过exec更改代码段，执行cat命令。

#include 
#include 
#include 
int main(){
    pid_t tempPid;
    tempPid=fork();
    if(tempPid == -1){
        perror("fork error");
        exit(1);
    } else if(tempPid > 0) {
        printf("parent process:pid=%d\n", getpid());
    } else {
        printf("child process:pid=%d\n", getpid());
        //char *arg[]={"/home/bonjour/桌面/file", NULL};
        //execvp("cat", arg);
        execl("/bin/cat","cat","/home/bonjour/桌面/file",NULL);
        perror("error exec\n");
        printf("child process:pid=%d\n", getpid());
    } //of if
    return 0;
} //of main