浅析fork函数、exec函数和pthread函数

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linux
fork 、exec 、pthread

文章最后更新时间为：2018年08月14日 10:48:32

1、fork函数，exec函数和pthread函数的机理

在linux中，每个进程都使用一个唯一的整数形式的进程标识符来标识。

1.1 fork（）

Fork()函数是创建新进程的函数，即通过fork()系统调用，可创建新进程。新进程复制原来进程的地址空间，这种机制允许父子进程之间相互通信。两个进程都继续执行系统调用fork()函数之后的指令。但是不同的是，对于新创建的进程，系统调用fork()之后的返回值为0，对于原来的父进程，返回值大于0，如果创建新进程失败，则返回一个负值。使用fork函数得到的子进程从父进程继承了整个进程的地址空间，包括：进程上下文、进程堆栈、内存信息、打开的文件描述符、信号控制设置、进程优先级、进程组号、当前工作目录、根目录、资源限制、控制终端等。

1.2 exec（）

exec()函数用于将一个进程替换为一个新的进程。exec函数的函数执行成功后不会返回，因为调用进程的实体，包括代码段，数据段和堆栈等都已经被新的内容取代，只有进程ID等一些表面上的信息仍保持原样。调用失败时，会设置errno并返回-1，然后从原程序的调用点接着往下执行。Exec()本身并没有创建新进程，只是将原进程分配了新的数据段和堆栈段。

Exec()函数一般用于系统调用fork()函数之后，新进程会使用exec()函数来代替父进程的内存空间系统通过调用exec()函数将二进制文件装入内存，并开始执行。在这个过程中，我们可以改变创建的新进程来执行一个新的程序。

1.3 pthread

pthread和上述两个函数不同，pthread和线程有关。Pthread是为线程创建和同步定义的API,在一个进程中可以有多个线程，每个线程都有自己的栈和调度信息还有私有信息等。

Pthread含有很多函数：

  • pthread_t 是pthread的线程ID
  • pthread_create()用于创建新的线程
  • pthread_equal()用于比较两个线程id是否相等
  • pthread_self() 用于获取当前线程的id
  • pthread_exit() 线程调用该函数主动退出线程
  • pthread_join() 用于线程同步，以阻塞的方式等待指定线程结束

通过上述函数我们可以对线程进行控制，也可以创建新的线程。

2、举例说明：

2.1 需求：

  • 1.进程A 创建子进程B
  • 2.子进程B与父进程A分别对应不同的exe(进程A打印Hello word, 进程B实现sum累加)

  • 3.进程B具有两线程，其中主线程创建新的线程来实现sum累加（从1累加到参数x)

    2.2 代码

    1、 main_process.c

    #include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
int main(int argc,char ** argv){
     pid_t pid;
  pid=fork();
  if(pid<0) // error
  {
      printf("there have something wrong\n");
      
  }
  if(pid>0)  // father
  {
      printf("this is main process\n");
      
  }
  if(pid==0) // son
 {    
      printf("this is new processs");
      // execl( "/root/fork/2","10",NULL);
      if( execl( "/root/fork/new_process",argv[1],NULL) < 0)
      {
        perror("execv error ");
      }
  }
  return 0;
}

    2、 new_process.c

     #include<stdio.h>
#include<pthread.h>
int sum;
void *runner(void *param);
int main(int argc,char *argv[])
{    
  printf("this is new process");
  pthread_t tid; // the thread identifuer
  pthread_attr_t attr; // set thread attributes
  pthread_attr_init(&attr); // default attributes
  pthread_create(&tid,&attr,runner,argv[1]);// create new thread
  pthread_join(tid,NULL); 
  printf("the sum is %d\n",sum);
}

void *runner(void *param)
{
   int i,upper=atoi(param);
  sum=0;
  for(i=0;i<=upper;i++)
      sum=sum+i;
  pthread_exit(0);
}

    2.3 代码分析：

  • 主程序进入main函数之后，创建一个进程，给这个进程分配内存和该进程数据段和堆栈所需的物理空间。
  • 之后主函数使用fork()函数创建新进程，新进程和原进程使用相同的内存，子进程的代码段、数据段、堆栈都是指向父进程的物理空间。
  • 父进程输出‘helloworld‘,子进程使用exec函数调用new_process.c，这时进程的数据段，堆栈等内容都被修改，从而我们设立新进程为new_process程序。
  • 在执行new_process函数时，我们使用Pthread函数创立了一个新的线程，该线程与原线程享用相同的公用数据，进程信息。同时也有自己的独立数据。在代码里面，新线程实现累加功能，并把累加的结果赋给共用数据sum。
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