fork函数、wait函数与exec函数族

概述

fork函数是用于创建进程的函数，它是一个系统函数。若要使用fork函数，需要先包含<unistd.h>头文件。

使用fork

先看一段代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("hello (pid:%d)\n", (int) getpid());

    //返回子进程的PID
    int rc = fork();
    if (rc < 0)//返回值小于0，说明创建进程失败
    {
        fprintf(stderr, "fork failed\n");
        exit(1);
    }
    else if (rc == 0)//返回值等于0，说明在运行子进程
    {
        printf("child (pid:%d)\n", (int) getpid());
    }
    else
    {
        printf("parent of %d (pid:%d)\n",
        rc, (int) getpid());
    }
    return 0;
}

fork函数实际上只是把父进程的代码拷贝了一份到子进程的空间中，然后返回。也就是说，子进程和父进程的代码是一模一样的，父进程调用完fork函数之后返回，子进程是从调用fork函数处开始执行，并不是从main函数开始执行。

但是要注意，这种拷贝并不是一种“精确”的拷贝，因为在父进程和子进程中，rc的值是不同的。子进程中rc的值是0，父进程中rc的值是其子进程的PID。通过rc的值我们可以区分父进程和子进程。

运行程序，输出结果如下：

父进程调用fork函数之后，子进程就创建了，此时有两个可以处于活跃状态的进程：父进程及其子进程。到底哪个进程先执行，是没有确切答案的。哪个进程先运行取决于CPU调度程序。

等待（wait）

有时候我们需要让某个进程等待另一个进程执行完毕后再执行，这时就需要用到wait()函数。下面的示例代码让父进程等待子进程运行结束后再执行自身的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("hello (pid:%d)\n", (int) getpid());

    int rc = fork();
    if (rc < 0)
    {
        fprintf(stderr, "fork failed\n");
        exit(1);
    }
    else if (rc == 0)
    {
        printf("child (pid:%d)\n", (int) getpid());
    }
    else
    {
        int rc_wait = wait(NULL);
        printf("parent of %d (rc_wait:%d) (pid:%d)\n",rc, rc_wait, (int) getpid());
    }

    return 0;
}

在父进程的代码中，调用了wait函数，该函数原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);

其中，status参数用于保存结束进程的状态信息，它是一个指向整型的指针。如果调用者不关心子进程的结束状态，可以将status设置为NULL。如果wait函数成功，它会返回结束子进程的进程ID；如果调用进程没有子进程，wait函数会失败并返回-1，同时errno会被设置为ECHILD。

上述程序运行后，我们可以发现是子进程先运行，再运行父进程。

exec族函数

fork函数只能创建父进程的拷贝，通过使用exec族函数，我们可以为自己想要运行的程序创建进程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("hello (pid:%d)\n", (int) getpid());

    int rc = fork();
    if (rc < 0)
    {
        fprintf(stderr, "fork failed\n");
        exit(1);
    }
    else if (rc == 0)
    {
        printf("child (pid:%d)\n", (int) getpid());
        char *myargs[2];
        myargs[0] = strdup("./my_code.out");
        myargs[1] = NULL;
        execvp(myargs[0], myargs);
        //如果my_code.out成功运行，就不会执行下面的printf语句
        printf("this shouldn’t print out");
    }
    else
    {
        int rc_wait = wait(NULL);
        printf("parent of %d (rc_wait:%d) (pid:%d)\n",
        rc, rc_wait, (int) getpid());
    }
    return 0;
}

execvp函数的原型定义在unistd.h头文件中，因此在使用前需要包含这个头文件。函数的基本用法如下：

#include <unistd.h>

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

需要注意的是第一个参数，execvp函数会从所谓的环境变量中寻找可执行文件，如果自己的程序没有加入到环境变量中，execvp函数就不会正常执行，而是报没有找到文件的错。所以想要运行不在环境变量中的文件，需要使用完整路径。

此外还需要注意，execvp函数不会创建新的进程，而是用第一个参数指定的可执行文件覆盖掉当前进程的代码。