Использование схемы fork-exec

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv)

{

int pid;

if ((pid=fork())!=0){

if(pid>0)

{/* процесс-предок */}

else

{/* ошибка */}

}

else

{/* процесс-потомок */}

}

Программа порождает три процесса, каждый из которых запускает программу echo посредством системного вызова exec(). Данный пример демонстрирует важность проверки успешного завершения системного вызова exec() , в противном случае возможно исполнение нескольких копий исходной программы. В нашем случае если все вызовы exec() проработают неуспешно, то копий программ будет восемь. Если все вызовы exec() будут успешными, то после последнего вызова fork() будет существовать четыре копии процесса. В каком порядке они пойдут на выполнение предсказать трудно.

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)

{

if(fork()==0)

{

execl(“/bin/echo”, ”echo”, ”это”, ”сообщение один”, NULL);

printf(“ошибка\n”);

}

if(fork()==0)

{

execl(“/bin/echo”, ”echo”, ”это”, ”сообщение два”, NULL);

printf(“ошибка\n”);

}

if(fork()==0)

{

execl(“/bin/echo”, ”echo”, ”это”, ”сообщение три”, NULL);

printf(“ошибка\n ”);

}

printf(“процесс-предок закончился\n”);

return 0;

}

Результат работы может быть следующим.

процесс-предок закончился

это сообщение три

это сообщение два

это сообщение один

Завершение процесса

Причинами завершения процесса могут быть:

- системный вызов _exit() (может быть с параметром – целым числом – кодом завершения процесса и без)

void _exit(int exitcode);

Этот вызов никогда не завершается неудачно, поэтому для него не предусмотрено возвращающего значения. С помощью параметра status процесс может передать породившему его процессу информацию о статусе своего завершения. Принято, хотя и не является обязательным правилом, чтобы процесс возвращал нулевое значение при нормальном завершении, и ненулевое – в случае какой-либо ошибки или нештатной ситуации.

-          оператора return, входящего в состав функции main()

• получение некоторых сигналов (об этом речь пойдет чуть ниже)

В любом из этих случаев происходит следующее:

•Освобождается сегмента кода и сегмента данных процесса

•Закрываются все открытые дескрипторы файлов

•Если у процесса имеются потомки, их предком назначается процесс с идентификатором 1

•Освобождается большая часть контекста процесса однако сохраняется запись в таблице процессов и та часть контекста, в которой хранится статус завершения процесса и статистика его выполнения

•Процессу-предку посылается сигнал SIGCHLD

Состояние, в которое при этом переходит завершаемый процесс, в литературе часто называют состоянием “зомби”.

Процесс-предок имеет возможность получить информацию о завершении своего потомка. Для этого служит системный вызов wait():

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);

При обращении к этому вызову выполнение родительского процесса приостанавливается до тех пор, пока один из его потомков не завершится либо не будет остановлен. Если у процесса имеется несколько потомков, процесс будет ожидать завершения любого из них (т.е., если процесс хочет получить информацию о завершении каждого из своих потомков, он должен несколько раз обратиться к вызову wait()).

Возвращаемым значением wait() будет идентификатор завершенного процесса, а через параметр status будет возвращена информация о причине завершения процесса (путем вызова _exit() либо прерван сигналом) и коде возврата. Если процесс не интересуется это информацией, он может передать в качестве аргумента вызову wait() NULL-указатель.

Если к моменту вызова wait() один из потомков данного процесса уже завершился, перейдя в состояние зомби, то выполнение родительского процесса не блокируется, и wait() сразу же возвращает информацию об этом завершенном процессе. Если же к моменту вызова wait() у процесса нет потомков, системный вызов сразу же вернет –1. Также возможен аналогичный возврат из этого вызова, если его выполнение будет прервано поступившим сигналом.

После того, как информация о статусе завершения процесса-зомби будет доставлена его предку посредством вызова wait(), все оставшиеся структуры, связанные с данным процессом-зомби, освобождаются, и запись о нем удаляется из таблицы процессов. Таким образом, переход в состояние зомби необходим именно для того, чтобы процесс-предок мог получить информацию о судьбе своего завершившегося потомка, независимо от того, вызвал он wait() до или после его завершения.

Что происходит с процессом-потомком, если его предок вообще не обращался к wait() и/или завершился раньше потомка? Как уже говорилось, при завершении процесса отцом для всех его потомков становится процесс с идентификатором 1. Он и осуществляет системный вызов wait(), тем самым освобождая все структуры, связанные с потомками-зомби.

Часто используется сочетание функций fork()-wait(), если процесс-сын предназначен для выполнения некоторой программы, вызываемой посредством функции exec(). Фактически этим предоставляется процессу- родителю возможность контролировать окончание выполнения процессов-потомков.

Пример программы, последовательно запускающей программы, имена которых указаны при вызове.

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/wait.h>

#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)

{

int i;

for (i=1; i<argc; i++)

{

int status;

if(fork()>0)

{

/*процесс-предок ожидает сообщения от процесса-потомка о завершении */

wait(&status);

printf(“process-father\n”);

continue;

}

execlp(argv[i], argv[i], 0);

return -1;

/*попадем сюда при неуспехе exec()*/

}

return 0;

}

Пусть существуют три исполняемых файла print1, print2, print3, каждый из которых только печатает текст first, second, third соответственно, а код вышеприведенного примера находится в исполняемом файле с именем file. Тогда результатом работы команды file print1 print2 print3 будет

first

process-father

second

process-father

third

process-father

Пример. Использование системного вызова wait().

В данном примере процесс-предок порождает два процесса, каждый из которых запускает команду echo. Далее процесс-предок ждет завершения своих потомков, после чего продолжает выполнение.

int main(int argc, char **argv)

{

if ((fork()) == 0) /*первый процесс-потомок*/

{ execl(“/bin/echo”,”echo”,”this is”,”string 1”,0);

exit(); }

if ((fork()) == 0) /*второй процесс-потомок*/

{ execl(“/bin/echo”,”echo”,”this is”,”string 2”,0);

exit(); }

/*процесс-предок*/

printf(“process-father is waiting for children\n”);

while(wait() != -1);

printf(“all children terminated\n”);

exit();

}

В данном случае wait() вызывается в цикле три раза –первые два ожидают завершения процессов-потомков, последний вызов вернет неуспех, ибо ждать более некого.

Жизненный цикл процессов

1.      Процесс только что создан посредством вызова fork().

2.      Процесс находится в очереди готовых на выполнение процессов.

3.   Процесс выполняется в режиме задачи, т.е. когда реализуется алгоритм, заложенный в программу. Выход из этого состояния может произойти через системный вызов, прерывание или завершение процесса.

4.      Процесс может выполняться в режиме ядра ОС, т.е. когда по требованию процесса через системный вызов выполняются определенные инструкции ядра ОС или произошло другое прерывание.

5.      Процесс в ходе выполнения не имеет возможность получить требуемый ресурс и переходит в состояние блокирования.

6.      Процесс осуществил вызов exit() или получил сигнал на завершение. Ядро освобождает ресурсы, связанные с процессом, кроме кода возврата и статистики выполнения. Далее процесс переходит в состоянии зомби, т.е. Не работает, а завершает работу,а затем уничтожается.