Как же различить между собой оба процесса? Во-первых, дочерний процесс — это новый, только что появившийся в системе процесс, поэтому его идентификатор отличается от идентификатора родительского процесса. Таким образом, программа может вызвать функцию getpid() и узнать, где именно она находится. Но сама функция fork() реализует другой способ: она возвращает разные значения в родительском и дочернем процессах. Родительский процесс получает идентификатор своего потомка, а дочернему процессу возвращается 0. В системе нет процессов с нулевым идентификатором, так что программа легко разбирается в ситуации.
В листинге 3.3 приведен пример ветвления программы с помощью функции fork(). Учтите, что первая часть инструкции if выполняется только в родительском процессе, тогда как ветвь else — только в дочернем.
Листинг 3.3. (
fork.c) Ветвление программы с помощью функции fork()
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main() {
pid_t child_pid;
printf("The main program process ID is %dn",
(int)getpid());
child_pid = fork();
if (child_pid != 0) {
printf("This is the parent process, with ID %dn",
(int)getpid());
printf("The child's process ID is %dn", (int)child_pid);
} else
printf("This is the child process, with ID %dn",
(int)getpid());
return 0;
}
Семейство функций exec()
Функции семейства exec() заменяют программу, выполняющуюся в текущем процессе, другой программой. Когда программа вызывает функцию exec(), ее выполнение немедленно прекращается и начинает работу новая программа.
Функции, входящие в семейство exec(), немного отличаются друг от друга по своим возможностям и способу вызова.
■ Функции, в названии которых присутствует суффикс 'p' (execvp() и execlp()), принимают в качестве аргумента имя программы и ищут эту программу в каталогах, определяемых переменном среды PATH. Всем остальным функциям нужно передавать полное путевое имя программы.
■ Функции, в названии которых присутствует суффикс 'v' (execv(), execvp() и execve()), принимают список аргументов программы в виде массива строковых указателей, оканчивающегося NULL-указателем. Функции с суффиксом 'l' (execl(), execlp() и execle()) принимают список аргументов переменного размера.
■ Функции, в названии которых присутствует суффикс 'e' (execve() и execle()), в качестве дополнительного аргумента принимают массив переменных среды. Этот массив содержит строковые указатели и оканчивается пустым указателем. Каждая строка должна иметь вид "ПЕРЕМЕННАЯ=значение".
Поскольку функция exec() заменяет одну программу другой, она никогда не возвращает значение — только если вызов программы оказался невозможен в случае ошибки.
Список аргументов, передаваемых программе, аналогичен аргументам командной строки, указываемым при запуске программы в интерактивном режиме. Их тоже можно получить с помощью параметров argc и argv функции main(). Не забывайте, когда программу запускает интерпретатор команд, первый элемент массива argv будет содержать имя программы, а далее будут находиться переданные программе аргументы. Аналогичным образом следует поступить, формируя список аргументов для функции exec().
Совместное использование функций fork() и exec()
Стандартная методика запуска одной программы из другой такова: сначала с помощью функции fork() создается дочерний процесс, затем в нем вызывается функция exec(). Это позволяет главной программе продолжать выполнение в родительском процессе.
Программа, показанная в листинге 3.4, отображает содержимое корневого каталога с помощью команды ls, как и программа в листинге 3.2. Но на этот раз команда ls вызывается не из интерпретатора, а напрямую; ей передаются аргументы -l и /.
Листинг 3.4. (
fork-exec.с) Совместное использование функций fork() и exec()
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
/* Запуск дочернего процесса в виде новой программы. Параметр
PROGRAM — это имя вызываемой программы; ее поиск будет
осуществляться в каталогах, определяемых переменной среды PATH.
Параметр ARG_LIST -- это список строковых аргументов,
передаваемых программе (должен оканчиваться указателем NULL).
Функция возвращает идентификатор порожденного процесса. */
int spawn(char* program, char** arg_list) {
pid_t child_pid;
/* Создание копии текущего процесса. */
child_pid = fork();
if (child_pid != 0)
/* Это родительский процесс. */
return child_pid;
else {
/* Выполнение указанной программы. */
execvp(program, arg_list);
/* Функция execvp() возвращает значение только в случае
ошибки. */
fprintf(stderr, "an error occurred in execvpn");
abort();
}
}
int main() {
/* Список аргументов, передаваемых команде ls. */
char* arg_list[] = {
"ls", /* argv[0] -- имя программы. */
"-l",
NULL /* Список аргументов должен оканчиваться указателем
NULL. */
};
/* Порождаем дочерний процесс, который выполняет команду ls.
Игнорируем возвращаемый идентификатор дочернего процесса. */
spawn("ls", arg_list);
printf("done with main programn");
return 0;
}
3.2.3. Планирование процессов
Операционная система Linux планирует работу родительских и дочерних процессов независимо друг от друга. Нет гарантии, что один процесс будет запущен раньше другого. и неизвестно, как долго один процесс будет выполняться, прежде чем Linux прервет его работу и передаст управление другому процессу. В частности, к моменту завершения родительского процесса может оказаться, что команда ls еще не выполнена, выполнена частично или уже закончила свою работу.[11] Linux лишь гарантирует, что любой процесс когда-нибудь получит свой "кусочек пирога": ни один процесс не окажется полностью лишенным доступа к процессору.
Можно сообщить системе о том, что процесс не очень важен и должен выполняться с пониженным приоритетом. Это делается путем повышения фактора уступчивости процесса. По умолчанию у каждого процесса нулевой фактор уступчивости. Повышение этого значения свидетельствует о снижении приоритета процесса, и наоборот: процессы с низким (т.е. отрицательным) фактором уступчивости получают больше времени на выполнение.
Для запуска программы с ненулевым фактором уступчивости необходимо воспользоваться командой nice -n. Рассмотрим следующий пример:
% nice -n 10 sort input.txt > output.txt
Здесь активизируется длительная операция сортировки, которая, благодаря пониженному приоритету, не приведет к сильному снижению производительности системы. Изменить фактор уступчивости выполняющегося процесса позволяет команда renice.
Если требуется менять фактор уступчивости программным путем, воспользуйтесь функцией nice(). Ее аргумент — это величина приращения, добавляемая к фактору уступчивости вызывающего процесса. В результате приоритет процесса снижается.
Только программа с привилегиями пользователя root может запускать процессы с отрицательным фактором уступчивости или понижать это значение у выполняющегося процесса. Это означает, что вызывать команды nice и renice с отрицательными аргументами можно, лишь войдя в систему как пользователь root, и только процесс, выполняемый от имени суперпользователя, может передавать функции nice() отрицательное значение. Таким образом, обычные пользователи не могут помешать работать процессам других пользователей и монополизировать системные ресурсы.
Сигналы — это механизм связи между процессами в Linux. Данная тема очень обширна, поэтому здесь мы рассмотрим лишь наиболее важные сигналы и методики управления процессами.
Сигнал представляет собой специальное сообщение, посылаемое процессу. Сигналы являются асинхронными: когда процесс принимает сигнал, он немедленно обрабатывает его, прерывая выполнение текущей функции и даже текущей строки программы. Есть несколько десятков различных сигналов, каждый из которых имеет свое функциональное назначение. Все они распознаются по номерам, но в программах для ссылки на сигналы пользуются символическими константами. В Linux эти константы определены в файле /usr/include/bits/signum.h (его не нужно включать в программы, для этого есть файл <signal.h>).
