(整理)并发编程之一：多进程
多进程编程的主要内容包括进程控制和进程间通信：
一、Linux下进程控制
在传统的Unix环境下，有两个基本的操作用于创建和修改进程：
fork()：用来创建一个新的进程，该进程几乎是当前进程的一个完全拷贝；
exec函数族：用来启动外部程序以取代当前的进程（由于此类函数并不是只有一个，而是六个，所以统称exec函数族）。
下面分别介绍一下：
1、 fork函数
fork在英文中是“分叉”的意思。为什么取这个名字呢？因为一个进程在运行中，如果使用了fork，就产生了另一个进程，于是进程就“分叉”了，所以这个名字取得很形象。下面来看一下它的格式：
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
正确返回：在父进程中返回子进程的进程号，在子进程中返回0
错误返回：-1
使用fork函数后，系统就会在此时新建一个进程（称为子进程）并且拷贝原有进程（称为父进程）的上下文和数据（子进程和父进程使用相同的代码段；子进程复制父进程的堆栈段和数据段。），并且利用fork函数的不同返回值（＞0表示父进程，0表示子进程，－1表示出错）来标识。这样一来，子进程就会和父进程彼此独立运行，互不干扰。下面就看看如何具体使用fork，这段程序演示了使用fork的基本框架：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
int main(void)
{
pid_t pid=fork();
if(pid==0)
{
int j ;
for(j=0;j<10;j++)
{
printf("child: %d\n",j);
sleep(1);
}
}
else if (pid>0)
{
int i;
for(i=0;i<10;i++)
{
printf("parent: %d\n",i);
sleep(1);
}
}
else
{
fprintf(stderr,"can't fork ,error %d\n",errno);
exit(1);
}
printf("This is the end !\n");
return 0;
}
运行了这段代码，我想应该可以明白fork了吧。运行的时候可以查看进程(ps -aux)，会发现有两个一样的进程，运行结束后最后一句printf会运行两次，因为每个进程都会运行一次.中间的交替就是进程的调度了。
2、exec函数族
如果想运行外部程序就要用到exec函数族，这种函数一共有六个，它们分别是：
/*
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*/
extern char **environ;
int execl(const char* fullpath, const char* arg, ...);
int execlp(const char* file, const char* arg, ...);
int execle(const char* fullpath, const char* arg , ..., char* const envp[]);
int execv(const char* fullpath, char* const argv[]);
int execvp(const char* file, char* const argv[]);
int execve(const char* fullpath, const char* arg[] , char* const envp[]);
int execl(const char* fullpath, const char* arg, ....)
使用范例：execl(“/bin/ls”, ”ls”, ”-al”, NULL)
int execlp(const char* file, const char* arg, ....)
使用范例：execlp(“ls”, ”ls”, ”-al”, NULL)
int execle(const char* fullpath, const char* arg, ...., char* const envp[])
使用范例：execle(“/bin/ls”, ”ls”, ”-al”, NULL, environ)
int execv(const char * fullpath, char* const argv[])
使用范例：execle(“/bin/mkdir”, argv) // int main(int argc, char* argv[])
或
char* const p[] = {"a.out", "testDir", NULL};
execv("/bin/mkdir", p);
int execvp(const char* file, const char* arg, ....)
使用范例：execlp(“ls”, argv) // int main(int argc, char* argv[])
或
char* const p[] = {"a.out", "testDir", NULL};
execvp("mkdir", p);
int execve(const char* fullpath, const char* arg, ...., char* const envp[])
使用范例：execve(“/bin/ls”, argv, environ)
或
char* const p[] = {"a.out", "testDir", NULL};
execve("/bin/mkdir", p);
下面一段代码显示如何配合fork函数启动运行其它程序：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
char command[256];
int main()
{
int rtn; /*子进程的返回数值*/
while(1)
{
/* 从终端读取要执行的命令 */
printf( ">" );
fgets( command, 256, stdin );
command[strlen(command)-1] = 0;
if ( fork() == 0 ) {
/* 子进程执行此命令 */
execlp( command, command, NULL);
/* 如果exec函数返回，表明没有正常执行命令，打印错误信息*/
perror( command );
exit(errno);
}
else {
/* 父进程， 等待子进程结束，并打印子进程的返回值 */
wait ( &rtn );
printf( " child process return %d\n",rtn );
}
}
}
二、Linux下的进程间通信
创建一个新进程后，两个进程就会彼此独立运行，互不干扰，那么如果需要两个进程之间通信，该怎么办呢？在Unix/Linux下常用的进程间通信的方法有很多种，如管道、消息队列、共享内存、信号量、套接口等。下面我们以管道为例来介绍：
管道是进程间通信中最古老的方式，它包括无名管道和有名管道两种，前者用于父进程和子进程间的通信，后者用于运行于同一台机器上的任意两个进程间的通信。
1、（无名）管道
无名管道由pipe函数创建：
#include <unistd.h>
int pipe(int filedis[2]);
参数filedis返回两个文件描述符：filedes[0]为读而打开；filedes[1]为写而打开。filedes[1]的输出是filedes[0]的输入。下面的例子示范了如何在父进程和子进程间实现通信。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#define INPUT 0
#define OUTPUT 1
int main()
{
int file_descriptors[2];
/*定义子进程号 */
pid_t pid;
char buf[256];
int returned_count;
/*创建无名管道*/
pipe(file_descriptors);
/*创建子进程*/
if((pid = fork()) == -1)
{
printf("Error in fork\n");
exit(1);
}
/*执行子进程*/
if(pid == 0)
{
printf("in the spawned (child) process...\n");
/*关闭管道的读端,并且将数据"test data"从写端写入*/
close(file_descriptors[INPUT]);
write(file_descriptors[OUTPUT], "test data", strlen("test data"));
exit(0);
}
else
{
/*执行父进程*/
printf("in the spawning (parent) process...\n");
/*关闭管道的写端，父进程从管道读取子进程传来的数据*/
close(file_descriptors[OUTPUT]);
returned_count = read(file_descriptors[INPUT], buf, sizeof(buf));
printf("%d bytes of data received from spawned process: %s\n",
returned_count, buf);
}
}
2、有名管道
在Linux系统下，有名管道可由两种方式创建：命令行方式mknod和函数mkfifo。下面的两种途径者在当前目录下生成了一个名为myfifo的有名管道：
方式一：mknod myfifo p //p－表示创建FIFO特殊文件
方式二：mkfifo("myfifo", "rw") //rw表示读、写两种权限
生成了有名管道后，就可以使用一般的文件I/O函数如open、close、read、write等来对它进行操作。下面是一个简单的例子：
/*
* fifo_read.c
* 管道通信：有名管道
* 无名管道只能用于具有亲缘关系的进程之间，而有名管道可以在互不相关的两个进程间
* 实现彼此通信。要注意，FIFO严格按照先进先出的规则，对管道及FIFO的读总是从开始
* 处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾，不支持lseek等文件定位操作。
*
* 有名管道的创建使用mkfifo()。创建成功后就可以使用open、read、write这些函数了。
* 读管道部分
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
/*在这里设置打开管道文件的mode为只读形式*/
#define FIFOMODE (O_CREAT | O_RDWR | O_NONBLOCK)
#define OPENMODE (O_RDONLY | O_NONBLOCK)
#define FIFO_SERVER "myfifo"
int main(void)
{
char buf[100];
int fd;
int readnum;
/*创建有名管道，设置为可读写，无阻塞，如果不存在则按照指定权限创建*/
if ((mkfifo(FIFO_SERVER, FIFOMODE) < 0) && (errno != EEXIST)) {
printf("cannot create fifoserver\n");
exit(1);
}
printf("Preparing for reading bytes... ...\n");
/*打开有名管道，并设置非阻塞标志*/
if ((fd = open(FIFO_SERVER, OPENMODE)) < 0) {
perror("open");
exit(1);
}
while (1) {
/*初始化缓冲区*/
bzero(buf, sizeof(buf));
/*读取管道数据*/
if ((readnum = read(fd, buf, sizeof(buf))) < 0) {
if (errno == EAGAIN) {
printf("no data yet\n");
}
}
/*如果读到数据则打印出来，如果没有数据，则忽略*/
if (readnum != 0) {
buf[readnum] = '\0';
printf("read %s from FIFO_SERVER\n", buf);
}
sleep(1);
}
return 0;
}
/*
* fifo_wirte.c
* 管道通信：有名管道
* 无名管道只能用于具有亲缘关系的进程之间，而有名管道可以在互不相关的两个进程间
* 实现彼此通信。要注意，FIFO严格按照先进先出的规则，对管道及FIFO的读总是从开始
* 处返回数据，对它们的写则把数据添加到末尾，不支持lseek等文件定位操作。
*
* 有名管道的创建使用mkfifo()。创建成功后就可以使用open、read、write这些函数了。
* 写管道部分
*/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
/*特别注意写管道时，设置打开管道文件的格式必须为可写*/
#define FIFO_SERVER "myfifo"
#define OPENMODE (O_WRONLY | O_NONBLOCK)
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int nwrite;
/*打开管道文件，可写非阻塞*/
if ((fd = open(FIFO_SERVER, OPENMODE)) < 0) {
perror("open");
exit(1);
}
/*如果没有在命令行中写入参数，那么要重新运行程序*/
if (argc == 1) {
printf("Please send something\n");
exit(1);
}
/*向管道文件中写入数据，在这里要用strlen，如果用sizeof，则只是4个字节的指针长度*/
if ((nwrite = write(fd, argv[1], strlen(argv[1]))) < 0) {
if (errno == EAGAIN) {
printf("The FIFO has not been read yet.Please try later\n");
}
}
else {
printf("write %s to FIFO\n", argv[1]);
}
return 0;
}
测试过程，开两个窗口，先打开fifo_read，然后打开fifo_write写入数据，观察情况。
参考网址：http://www.linuxdiyf.com/viewarticle.php?id=6195
2022年8月06日 23:33
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