程序原語

1. 程序（Process）是計算機中的程式關於某資料集合上的一次執行活動，是系統進行資源分配和排程的基本單位，是作業系統結構的基礎。
2. 程序環境
在libc中定義的全域性變數environ指向環境變量表，environ沒有包含在任何標頭檔案中，所以在使用時要用extern宣告。用以下程式碼可以檢視當前程序的所有環境變數的資訊。

#include <stdio.h> 
int main(void)
{
    extern char **environ;
    int i;
    for(i = 0; environ[i] != NULL;  i++)
    printf
 
("%s\n", environ[i]);
    return 0;
}

執行結果用鍵值對的形式展示環境變數的資訊。幾個常見的環境變數解釋：
PATH：可執行檔案的搜尋路徑。
SHELL：當前使用的shell。
HOME：當前使用者的主目錄路徑。
3. 程序狀態
4種主要的程序狀態：執行、就緒、掛起、終止。
4. 程序原語
在liunx中使用函式fork建立新的程序。

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

函式特點：呼叫一次，返回兩次。
在父程序中，返回建立的子程序的pid；在子程序中返回0；出錯，返回-1。
一個建立子程序的例項：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
void sys_err(char *s)
{
    perror(s);
    exit(1);
}
int main(void)
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid < 0)
        sys_err("fork");
    else if (pid > 0)
    {
        /* parent process */
 

        printf("I am parent,my pid is %d, my parent pid is %d\n", getpid(), getppid());
        sleep(1);   //休眠1秒，防止父程序過早退出
    }
    else
    {
        /* child process */
        printf("I am child,my pid is %d, my parent pid is %d\n", getpid(), getppid());
    }
    return 0;
}
//I am child, my pid is 15057, my parent pid is 15056
//I am parent, my pid is 15056, my parent pid is 5292

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>   //定義了pid_t、uid_t、gid_t
pid_t getpid(void);   //獲取當前程序的pid
pid_t getppid(void);  //獲取當前程序父程序的pid
uid_t getuid(void);   //返回實際使用者id
uid_t geteuid(void);  //返回有效使用者id
gid_t getgid(void);   //返回實際使用者組id
gid_t getegid(void);  //返回有效使用者組id

所有id都是正數。
父程序和子程序的關係：
1.子程序複製了父程序的PCB（除了pid）和程式碼段以及資料區。
2.用fork建立子程序後執行的是和父程序相同的程式（但有可能執行不同的程式碼分支），子程序往往要呼叫一種exec函式以執行另一個程式。當程序呼叫一種exec函式時，該程序的使用者空間程式碼和資料完全被新程式替換，從新程式的啟動例程開始執行。呼叫exec並不建立新程序，所以呼叫exec前後該程序的id並未改變。
5. exec族

#include <unistd.h>
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[]);

只需弄懂了execl的使用，其它的舉一反三了：path指出了新可執行程式的路徑，後面的arg，即是提供的引數。
使用execl函式更改程式的執行：

//show.c
#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv)
{
    int i = 0;
    while(i < argc)
        printf("%s\n", argv[i++]);
    return 0;
}
//app.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc, char **argv)
{
    if(argc < 2)
    {
        fprintf(stderr, "usage:app newapp ...");
        exit(1);
    }
    printf("zhangxiang\n");
    //$ argv[1] zx [email protected]
    execl(argv[1], "zx", "[email protected]", NULL);  //NULL用於指明引數列表的結束
    printf("David\n");
    return 0;
}
$ gcc show.c -o show
$ gcc app.c -o app
$ app show
zhangxiang
zx
[email protected]126.com

執行printf(“zhangxiang\n”);了後，程式的程式碼段被替換，所以原程式的printf(“David\n”);不會被執行。

l 命令列引數列表
p 搜素file時使用path變數
v 使用命令列引數陣列
e 使用環境變數陣列,不使用程序原有的環境變數，設定新載入程式執行的環境變數
這些函式如果呼叫成功則載入新的程式從啟動程式碼開始執行，不再返回，如果調用出錯則返回-1，所以exec函式只有出錯的返回值而沒有成功的返回值。
6. wait()、waitpid()
殭屍程序:：子程序退出，父程序沒有回收子程序資源（PCB），則子程序變成殭屍程序。
孤兒程序：父程序先於子程序結束，則子程序成為孤兒程序，子程序的父程序成為1號程序init程序，稱為init程序領養孤兒程序。
子程序結束後，PCB仍然滯留在記憶體。父程序可以通過子程序的PCB來獲知子程序的退出狀態：正常退出時的退出碼、不正常退出時，是被哪個訊號終止的。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);

函式說明：
引數status為傳出引數，用於記錄退出狀態。
當沒有子程序退出時，wait呼叫會阻塞當前程序。
成功，返回子程序的pid；
失敗，返回-1；

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
    pid_t pid, wpid;
    pid = fork();
    if(0 == pid)
    {
        printf("in child\n");
        sleep(2);
        printf("child exit\n");
    }
    else if(pid > 0)
    {
        while(1)
        {
            wpid = wait(NULL);
            printf("in parent %d\n", wpid);
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    return 0;
}
//in child
//child exit
//in parent 27909
//in parent -1
//in parent -1
//^c

wait()會使父程序阻塞，為了不阻塞，需使用waitpid()

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

函式說明：
pid指明瞭需回收哪個子程序的PCB；
通過指定options的值，更改函式執行狀態。（特別地，指定WNOHANG，將不會阻塞）。
指定WNOHANG，非阻塞後。若沒有程序退出，返回0，其它同wait。

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
    pid_t pid, wpid;
    pid = fork();
    if(0 == pid)
    {
        printf("in child\n");
        sleep(2);
        printf("child exit\n");
    }
    else if(pid > 0)
    {
        while(1)
        {
            wpid = waitpid(0, NULL, WNOHANG);
            printf("in parent %d\n", wpid);
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        perror("fork");
        exit(1);
    }
    return 0;
}
//in parent 0
//in child
//in parent 0
//child exit
//in parent 28700
//in parent -1
//in parent -1
//^c