Linux启动新进程的三种方法

程序中，我们有时需要启动一个新的进程，来完成其他的工作。

下面介绍了三种实现方法，以及这三种方法之间的区别。

1.system函数-调用shell进程，开启新进程

system函数，是通过启动shell进程，然后执行shell命令进程。

原型：

int system(const char *string);

string:shell命令字符串

返回值：成功返回命令退出码，无法启动shell，返回127错误码，其他错误，返回-1。

代码示例如下：

process_system.c

#include<stdlib.h>                               
#include<stdio.h>
int main()
{
    printf("running ps with system\n");
    int code = system("ps au");//新进程结束后，system函数才返回
    //int code = system("ps au");//system函数立即返回
    printf("%d\n",code);
    printf("ps done\n");
    exit(0);
}

输出结果：

system函数，在启动新进程时，必须先启动shell进程，因此使用system函数的效率不高。

2.exec系列函数-替换进程映像

exec系列函数调用时，启动新进程，替换掉当前进程。即程序不会再返回到原进程，

除非exec调用失败。

exec启动的新进程继承了原进程的许多特性，如在原进程中打开的文件描述符在新进程中仍保持打开。

需要注意的是，在原进程中打开的文件流在新进程中将关闭。原因在于，我们在前面讲过进程间通信的方式，进程之间需要管道才能通信。

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：进程命令路径/进程命令名

argc:命令参数列表

envp:新进程的环境变量

代码示例如下：

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);
}

输出结果：

可以看出，调用execlp函数后，原进程被新进程替换，原进程中printf("ps done");没有被执行到。

3.fork函数-复制进程映像

1)fork函数的使用

fork和exec的替换不同，调用fork函数，可复制一个和父进程一模一样的子进程。

执行的代码也完全相同，但子进程有自己的数据空间，环境和文件描述符。

原型：

pid_t fork();

父进程执行时，返回子进程的pid

子进程执行时，返回0

代码示例如下：

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);
}

输出结果：

调用fork函数后，新建了一个子进程，拷贝父进程的代码，数据等到子进程的内存空间。父进程和子进程执行互不影响。使用fork函数的返回值，来区分执行的是父进程，还是子进程。

2)僵尸进程

子进程退出后，内核会将子进程置为僵尸状态。此时，子进程只保留了最小的一些内核数据结构，如退出码，以便父进程查询子进程的退出状态。这时，子进程就是一个僵尸进程。

在父进程中调用wait或waitpid函数，查询子进程的退出状态，可以避免僵尸进程。

原型：

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

stat_loc:若不是空指针，则子进程的状态码会被写入该指针指向的位置。

pid:等待的子进程的进程号pid

options:标记阻塞或非阻塞模式

返回值：成功返回子进程的pid，若子进程没有结束或意外终止，返回0

wait：阻塞模式(使用了信号量)，父进程调用wait时，会暂停执行，等待子进程的结束。

wait调用返回后，子进程会彻底销毁。

waitpid:与wait不同的是，

a.可以表示四种不同的子进程类型

     pid==-1 等待任何一个子进程，此时waitpid的作用与wait相同

　　pid >0 等待进程id与pid值相同的子进程

　　pid==0 等待与调用者进程组id相同的任意子进程

　　pid<-1 等待进程组id与pid绝对值相等的任意子进程

b.当options的值为wnohang时，为非阻塞模式，即waitpid会立即返回

此时，可以循环查询子进程的状态，若子进程未结束，waitpid返回，做其他工作。

这样提高了程序的效率。

wait函数使用示例如下：

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);
}

输出结果：

waitpid函数使用示例如下：

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);
}

输出结果：

4.启动新进程三种方法的比较

1)system函数最简单，启动shell进程，并在shell进程中执行新的进程。

效率不高，system函数必须等待子进程返回才能接着执行。

2)exec系列函数用新进程替换掉原进程，但不会返回到原进程，除非调用失败。

该函数继承了许多原进程的特性，效率也较高。

3)fork函数，复制一个子进程，和父进程一模一样，但是拥有自己的内存空间。父子进程执行互不影响。需要注意僵尸子进程的问题。

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