進程的創建是Linux系統編程中的重要概念之一。在本節中，我們將介紹進程的創建、獲取進程ID和父進程ID、進程共享、exec函數族、wait和waitpid等相關內容。

---

1. 進程的創建

在Linux系統中，進程的創建使用fork()系統調用。fork()系統調用會創建一個與當前進程相同的子進程，子進程會復制父進程的所有資源，包括代碼、數據和文件描述符等。

---

1.1 函數原型和返回值

fork()函數的原型如下：

#include <unistd.h>pid_t fork(void);

fork()函數 沒有任何參數 ，它的返回值是一個pid_t類型的整數。具體解釋如下：

• 如果調用成功，fork()函數會在父進程中返回子進程的PID（子進程ID），在子進程中返回0。
• 如果調用失敗，fork()函數會返回-1，并設置errno來指示錯誤類型。

---

1.2 函數示例

代碼示例如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid == -1) {printf("Failed to fork a new process.\n");return 1;} else if (pid == 0) {printf("This is the child process.\n");} else {printf("This is the parent process.\n");}return 0;
}

上述代碼中，fork()系統調用會返回兩次，分別在父進程和子進程中返回。通過判斷返回值，我們可以區分父進程和子進程，并執行不同的代碼邏輯。

---

---

2. 獲取進程ID和父進程ID

在Linux系統中，可以使用getpid()和getppid()系統調用來獲取當前進程的ID和父進程的ID。

---

2.1 函數原型和返回值

getpid()和getppid()函數的原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>pid_t getpid(void);
pid_t getppid(void);

這兩個函數都 沒有任何參數 ，它們的返回值都是一個pid_t類型的整數。具體解釋如下：

• getpid()函數返回調用進程的進程ID（PID）。
• getppid()函數返回調用進程的父進程的進程ID（PPID）。

---

2.2 函數示例

代碼示例如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main() {pid_t pid = getpid();pid_t ppid = getppid();printf("Process ID: %d\n", pid);printf("Parent Process ID: %d\n", ppid);return 0;
}

---

---

3. exec函數族

在Linux系統中，exec()函數族可以用于將當前進程替換為新的程序。exec()函數族包括execl()、execv()、execle()、execve()等函數。這些函數可以根據不同的參數形式來執行不同的替換方式。

---

3.1 exec()函數族的常見成員：

1. int execl(const char *path, const char *arg, ...);

   • 參數 path 是要執行的新程序的路徑。
   • 參數 arg 是一個字符串，表示新程序的第一個參數。
   • 可變參數列表是新程序的其他參數，必須以 NULL 結束。
   • 函數執行成功時不會返回，如果返回則表示執行失敗。

   ---

2. int execv(const char *path, char *const argv[]);

   • 參數 path 是要執行的新程序的路徑。
   • 參數 argv 是一個字符串數組，表示新程序的參數列表，最后一個元素必須是 NULL。
   • 函數執行成功時不會返回，如果返回則表示執行失敗。

   ---

3. int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);

   • 參數 path 是要執行的新程序的路徑。
   • 參數 arg 是一個字符串，表示新程序的第一個參數。
   • 可變參數列表是新程序的其他參數，必須以 NULL 結束。
   • 參數 envp 是一個字符串數組，表示新程序的環境變量列表，最后一個元素必須是 NULL。
   • 函數執行成功時不會返回，如果返回則表示執行失敗。

   ---

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

   • 參數 file 是要執行的新程序的文件名。
   • 參數 argv 是一個字符串數組，表示新程序的參數列表，最后一個元素必須是 NULL。
   • 函數執行成功時不會返回，如果返回則表示執行失敗。

   ---

這些函數在執行成功時不會返回，而是直接將當前進程替換為新程序。如果返回，則表示執行失敗，可以根據返回值來判斷錯誤類型。

exec()函數族可以用于在當前進程中加載和執行新程序，可以實現程序的動態切換和功能擴展。一般情況下，exec()函數族會在調用fork()函數創建子進程后使用，以替換子進程的代碼和數據。

---

3.2 函數示例

代碼示例如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {printf("Before exec()\n");execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);printf("After exec()\n");return 0;
}

上述代碼中，execl()函數會將當前進程替換為ls -l命令。execl()函數的第一個參數是要執行的程序路徑，后續參數是傳遞給新程序的命令行參數。

---

---

4. wait和waitpid

在Linux系統中，父進程可以使用wait()或waitpid()系統調用等待子進程的結束。這些系統調用會阻塞父進程的執行，直到子進程結束。

---

4.1 函數解釋

wait()和waitpid()是用于等待子進程結束并獲取子進程的退出狀態的函數。

1. pid_t wait(int *status);

   • 函數會掛起當前進程，直到一個子進程結束。
   • 如果成功等到子進程結束，函數會返回子進程的進程ID。
   • 參數 status 是一個指向整型的指針，用于存儲子進程的退出狀態信息。
   • 如果調用失敗，函數會返回-1。

   ---

2. pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

   • 函數會掛起當前進程，直到指定的子進程結束。
   • 參數 pid 指定要等待的子進程的進程ID。
   • 參數 status 是一個指向整型的指針，用于存儲子進程的退出狀態信息。
   • 參數 options 是一個整型值，用于指定等待的選項。
   • 如果調用失敗，函數會返回-1。

   ---

wait()和waitpid()函數的返回值是子進程的進程ID，如果調用失敗，則返回-1。通過參數 status 可以獲取子進程的退出狀態信息，包括退出碼、終止信號等。

waitpid()函數相比于wait()函數更加靈活，可以通過參數 pid 和 options 控制等待的子進程。

其中，pid 的取值可以是：

• -1：等待任意子進程。
• 0：等待與當前進程組ID相同的子進程。
• 具體的子進程ID：等待指定的子進程。

---

options 參數可以通過位掩碼的方式指定多個選項，常用的選項有：

• WNOHANG：非阻塞方式，如果沒有子進程結束，立即返回。
• WUNTRACED：也會返回已經停止的子進程的狀態。
• WCONTINUED：也會返回已經繼續運行的子進程的狀態。

---

wait()和waitpid()函數可以用于處理子進程的退出狀態，釋放子進程的資源，并進行進程間的同步。在使用這兩個函數時，需要注意處理錯誤情況和避免僵尸進程的產生。

---

4.2 函數示例

代碼示例如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid == -1) {printf("Failed to fork a new process.\n");return 1;} else if (pid == 0) {printf("This is the child process.\n");} else {wait(NULL);printf("This is the parent process.\n");}return 0;
}

上述代碼中，父進程使用wait(NULL)系統調用等待子進程的結束。wait()系統調用會阻塞父進程的執行，直到子進程結束。

---

---

總結

1. fork()函數：用于創建子進程，返回值不同表示在不同的進程中執行。
2. exec()函數族：用于在當前進程中加載和執行新程序，可以實現程序的動態切換和功能擴展。
   • execl()：接受可變參數的形式，參數以字符串形式傳遞。
   • execle()：接受可變參數的形式，同時傳遞環境變量。
   • execvp()：接受參數數組的形式，參數以字符串數組形式傳遞。
3. wait()和waitpid()函數：用于等待子進程結束并獲取子進程的退出狀態。
   • wait()：等待任意子進程結束。
   • waitpid()：可以指定等待的子進程。
   • 通過參數 status 可以獲取子進程的退出狀態信息。
   • 可以通過 options 參數控制等待的選項，如非阻塞方式等。
   • 需要注意處理錯誤情況和避免僵尸進程的產生。

這些函數和系統調用可以用于進程的創建、執行和等待，實現進程間的同步和協作。通過這些函數，可以實現進程的動態切換、功能擴展和資源釋放。同時，需要注意處理錯誤情況，避免產生僵尸進程和資源泄漏的問題。