類比shell ( 進程函數:fork(),execvp(),wait() )

標籤：shell   編程   linux   unix   核心   

      shell是一個管理進程和運行進程的程式，下面我們就通過類比一個shell程式這個執行個體來更好地認識認識在Linux/Unix系統中，進程的建立和結束，以及父子進程之間的一些關係。接下來先貼上原始碼的中命令的讀取部分：

  numargs=0;  while(numargs<MAXARGS){   printf("Arg[%d]?",numargs);   if(fgets(argbuf,ARGLEN,stdin)&&*argbuf!='\n')     arglist[numargs++]=makestring(argbuf);   else{    if(numargs>0){      arglist[numargs]=NULL;      execute(arglist);      numargs=0;    }   }  }

       這一段代碼用於讀取使用者輸入的命令，儲存在arglist這個字元指標的數組中。因為進程間的通訊的參數類型為字串，所以我們選擇指向字串的指標構成的數組作為傳遞的參數，並且注意要將最後一個指標置NULL。當命令讀取完畢完畢之後，即調用execute函數並且將arglist數組傳遞給它，進行關於子進程的一些操作。接下來，我們來看看execute函數具體的實現情況。

execute(char *arglist[]){  int pid,exitstatus;  pid=fork();//建立子進程  switch(pid){   case -1:     perror("fork failed");     exit(1);   case 0:     execvp(arglist[0],arglist);//替換子進程     perror("execvp failed");     exit(1);   default:     while(wait(&exitstatus)!=pid);//父進程等待     printf("child exited with status %d,%d\n",exitstatus>>8,exitstatus&0377);  }}

    在execute函數中最先調用fork()函數，那fork()函數做了些什麼呢？其實fork()函數建立了和當前進程基本一模一樣的一個子進程。當控制轉到核心中的fork代碼之後，核心先分配新的記憶體塊和核心資料結構，然後將原來的進程複製到新的進程中去。最後向運行進程中添加新的進程並且控制重新返回到進程中。開始可能覺得挺奇怪的，搞個基本差不多的進程幹什嗎？其實看了後面的內容你就會知道，只要調用個execvp函數，子進程就變得完全不一樣啦。好，現在我們就有兩個進程了，並且它們的代碼相同，都運行到

  pid=fork();//建立子進程

       這一步，那我們怎麼判斷哪個是父進程，哪個是子進程呢？其實在父進程中fork函數的返回值是子進程的進程ID，而在子進程中，fork返回的是0，所以我們通過fork的返回值就能判斷父子進程了。下面進入switch部分，若fork返回-1，說明建立子進程失敗，若是在子進程中，則調用execvp函數（其實execvp不是系統調用，而是一個庫函數，它通過調用execve來調用核心服務）來執行指明的程式。那我們就來看看execvp這個函數幹了些什嗎？

result=execvp(const char*file,const char*argv[])

      其中第一個參數指明了要執行的進程，如:“ls”,"ps"等等命令，而第二個參數則為指向要執行的命令及相關參數的字串指標。通過調用execvp我們就能在一個進程中，執行像"ls"這樣另外一個進程了。但是有一個問題需要注意，那就是execvp會清除當前進程，並載入由file指定的進程。也就是說，比如當"ls"執行完之後，execvp下面的那句perror是不會執行的，因為它早就被“ls”的代碼替換掉了。這其實也就是我們為什麼要建立子進程的原因。如果在父進程中調用execvp的話，我們做的這個shell程式就只能調用一條命令了。

      那我們就要想了，父進程這個時候在幹嘛呢？其實在fork之後，父子進程是並存執行的，而我們想要的效果是父進程先等等，等子進程結束之後再繼續執行。接下來的wait函數就滿足了我們的願望啦！

pid=wait(&status)

      wait函數主要做兩件事，首先wait暫停調用它的進程直到子進程結束，然後wait通過status取得子進程結束時傳給exit的值。wait返回結束進程的PID，如果進程沒有子進程或沒有得到終止狀態值，則返回-1。

      這樣通過不斷地建立子進程，用想要執行的程式代替子進程並且讓父進程等待，最後執行完畢，回到父進程，我們也就類比了一個shell程式啦。最後來說說，結束進程的函數exit。exit的話，它會先重新整理所有的流，調用一些函數，執行當前系統定義的其他和exit相關的操作。最後，調用_exit這個核心操作，來進行釋放記憶體，關閉相關檔案這些善後工作。

    就這樣，通過幾個函數的調用，我們就幫一個進程走過了它短暫的一生。其實仔細想想也不是那麼複雜嘛，哢哢哢～

 

參考文獻：《Understanding Unix/Linux Programming ----A Guide to Theory and Practice》                                                                      

類比shell ( 進程函數:fork(),execvp(),wait() )