20155305《信息安全系统设计基础》10月18日课堂 fork，exic，wait

20155305《信息安全系统设计基础》10月18日课堂 fork，exic，wait

fork（）函数

• 1.fork函数作用
  一般来讲, 我们编写1个普通的c程序, 运行这个程序直到程序结束, 系统只会分配1个pid给这个程序, 也就就说, 系统里只会有一条关于这个程序的进程.
  但是执行了fork() 这个函数就不同了.
  fork 这个英文单词在英文里是"分叉"意思,  fork() 这个函数作用也很符合这个意思.  它的作用是复制当前进程(包括进程在内存里的堆栈数据)为1个新的镜像. 然后这个新的镜像和旧的进程同时执行下去. 相当于本来1个进程, 遇到fork() 函数后就分叉成两个进程同时执行了. 而且这两个进程是互不影响。

参考下面这个小程序:

    #include<stdio.h>
    int main(){
        printf("it's the main process step 1!\n");

        fork();

        printf("step2 after fork() !\n");

        int i; scanf("%d",&i);   
        return 0;
    }

在这个函数里, 共有两条printf语句, 但是执行执行时则打出了3行信息. 如下图:

fork()函数将这个程序分叉了啊,  见下面的图解:

可以见到程序在fork()函数执行时都只有1条主进程, 所以 step 1 会被打印输出1次.
         执行 fork()函数后,  程序分叉成为了两个进程, 1个是原来的主进程,  另1个是新的子进程, 它们都会执行fork() 函数后面的代码, 所以 step2 会被 两条进程分别打印输出各一次, 屏幕上就总共3条printf 语句了!

可以见到这个函数最后面用了 scanf()函数来防止程序退出,  这时查看系统的进程, 就会发现两个相同名字的进程:

• 2. 区别分主程序和子程序.
             实际应用中, 单纯让程序分叉意义不大, 新增一个子程序, 很可能是为了让子进程单独执行一段代码. 实现与主进程不同的功能.
              要实现上面所说的功能, 实际上就是让子进程和主进程执行不同的代码.
              所以fork() 实际上有返回值, 而且在两条进程中的返回值是不同的, 在主进程里 fork()函数会返回主进程的pid,   而在子进程里会返回0!   所以我们可以根据fork() 的返回值来判断进程到底是哪个进程, 就可以利用if 语句来执行不同的代码

如下面这个小程序fork1():

#include<stdio.h>
int main(){
int childpid;
int i;

if (fork() == 0){
 //child process
    for (i=1; i<=8; i++){
	 printf("This is child process\n");
   }
}else{
	    //parent process
    for(i=1; i<=8; i++){
    	printf("This is parent process\n");
    }
   }

printf("step2 after fork() !!\n\n");
}

对fork() 函数的返回值进行了判断, 如果 返回值是0, 我就让认为它是子进程, 否则是主程序.  那么我就可以让这两条进程输出不同的信息了.

输出信息如下图:

下面是图解:

由图解知两条进程都对fork()返回值执行判断,  在if 判断语句中分别执行各自的代码.  但是if判断完成后,  还是会回各自执行接下来的代码. 所以 step2 还是输出了2次.

wait() 函数

• 1.主程序和子程序的执行次序是随机的,  但是实际情况下, 通常我们希望子进程执行后,  才继续执行主进程. 
          例如对于上面的fork1()函数, 我想先输出子进程的8个 "This is child process"  然后再输出 8个 主进程"This is parent process"
          wait()函数就提供了这个功能,    在if 条件内的  主进程呢部分内 加上wait() 函数, 就可以让主进程执行fork()函数时先hold 住, 等子进程退出后再执行, 通常会配合子进程的exit()函数一同使用.
  我将fork1()函数修改一下, 添加了wait()语句:

     #include<stdio.h>
     int main(){
        int childpid;
        int i;
  
        if (fork() == 0){
            //child process
            for (i=1; i<=8; i++){
            	printf("This is child process\n");
        }
            exit(0);
        }else{
            //parent process
            wait();
            for(i=1; i<=8; i++){
    	        printf("This is parent process\n");
            }
        }
  
        printf("step2 after fork() !!\n\n");
    }
  

输出结果：

屏幕输出就很有规律了。

流程图:

exec 函数组

• 1.需要注意的是exec并不是1个函数, 其实它只是一组函数的统称, 它包括下面6个函数:

  int execl(const char *path, const char *arg, ...);
  int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
  int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);
  int execv(const char *path, char *const argv[]);
  int execvp(const char *file, char *const argv[]);
  int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

这6个函数名字不同, 而且他们用于接受的参数也不同.
       实际上他们的功能都是差不多的, 因为要用于接受不同的参数所以要用不同的名字区分它们, 毕竟c语言没有函数重载的功能
       
命名规则:
       
e后续,  参数必须带环境变量部分,   环境变零部分参数会成为执行exec函数期间的环境变量, 比较少用
        l 后续,   命令参数部分必须以"," 相隔, 最后1个命令参数必须是NULL
        v 后续,   命令参数部分必须是1个以NULL结尾的字符串指针数组的头部指针.         例如char * pstr就是1个字符串的指针, char * pstr[] 就是数组了, 分别指向各个字符串.
        p后续,   执行文件部分可以不带路径, exec函数会在$PATH中找

还有1个注意的是, exec函数会取代执行它的进程,  也就是说, 一旦exec函数执行成功, 它就不会返回了, 进程结束.   但是如果exec函数执行失败, 它会返回失败的信息,  而且进程继续执行后面的代码!

通常exec会放在fork() 函数的子进程部分, 来替代子进程执行啦, 执行成功后子程序就会消失,  但是执行失败的话, 必须用exit()函数来让子进程退出!

加分题-mybash的实现

• 使用fork,exec,wait实现mybash
• 写出伪代码，产品代码和测试代码
• 发表知识理解，实现过程和问题解决的博客（包含代码托管链接）

代码托管

代码如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define MAX 128

void eval (char *cmdline);  
int parseline (char *buf, char **argv);
int builtin_command(char **argv);

int main()
{
    char cmdline[MAX];

    while(1){
        printf("20155305/class3/myshell ");
        fgets(cmdline,MAX,stdin);
        if(feof(stdin))
        {
            printf("error");
            exit(0);
        }
        eval(cmdline);
    }
}

void eval(char *cmdline)
{
    char *argv[MAX];
    char buf[MAX];
    int bg;
    pid_t pid;
    strcpy(buf,cmdline);
    bg = parseline(buf,argv);
    if(argv[0]==NULL)
        return;
    if(!builtin_command(argv)) 
    {   
    if((pid=fork()) == 0)
    {
        if(execvp(argv[0],argv) < 0) {
            printf("%s : Command not found.\n",argv[0]);
            exit(0);
        }
    }

    if(!bg){
        int status;
        if(waitpid(-1,&status,0) < 0) 
            printf("waitfg: waitpid error!");
    }
    else
        printf("%d %s",pid, cmdline);
    return;
    }
}

int builtin_command(char  **argv)
{
    if(!strcmp(argv[0], "quit"))
        exit(0);
    if(!strcmp(argv[0],"&"))
        return 1;
    return 0;
}

int parseline(char *buf,char **argv)
{
    char *delim;
    int argc;
    int bg;

    buf[strlen(buf)-1]=' ';
    while(*buf && (*buf == ' '))
        buf++;

    argc=0;
    while( (delim = strchr(buf,' '))){  
        argv[argc++] = buf;
        *delim= '\0';
        buf = delim + 1;
        while(*buf && (*buf == ' '))
            buf++;
    }

    argv[argc] = NULL;
    if(argc == 0)
        return 1;
    if((bg=(*argv[argc-1] == '&')) != 0)
        argv[--argc] = NULL;
    return bg;
}