//gnu.org/licenses/gpl.html>
Thisisfreesoftware:
youarefreetochangeandredistributeit.
ThereisNOWARRANTY,totheextentpermittedbylaw.Type"showcopying"
and"showwarranty"fordetails.
ThisGDBwasconfiguredas"i486-linux-gnu"...
（gdb）l
2#include
3#include
4#include
5
6intmain（void）
7{
8pid_tpid;
9char*message;
10intn;
11pid=fork（）;
（gdb）
12if（pid<0）{
13perror（"forkfailed"）;
14exit
（1）;
15}
16if（pid==0）{
17message="Thisisthechild\n";
18n=6;
19}else{
20message="Thisistheparent\n";
21n=3;
（gdb）b17
Breakpoint1at0x8048481:
filemain.c,line17.
（gdb）setfollow-fork-modechild
（gdb）r
Startingprogram:
/home/akaedu/a.out
Thisistheparent
[Switchingtoprocess30725]
Breakpoint1,main（）atmain.c:
17
17message="Thisisthechild\n";
（gdb）Thisistheparent
Thisistheparent
setfollow-fork-modechild命令设置gdb在fork之后跟踪子进程（setfollow-fork-modeparent则是跟踪父进程），然后用run命令，看到的现象是父进程一直在运行，在（gdb）提示符下打印消息，而子进程被先前设的断点打断了。
3.2. exec函数
用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序（但有可能执行不同的代码分支），子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。
当进程调用一种exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执行。
调用exec并不创建新进程，所以调用exec前后该进程的id并未改变。
其实有六种以exec开头的函数，统称exec函数：
#include
intexecl（constchar*path,constchar*arg,...）;
intexeclp（constchar*file,constchar*arg,...）;
intexecle（constchar*path,constchar*arg,...,char*constenvp[]）;
intexecv（constchar*path,char*constargv[]）;
intexecvp（constchar*file,char*constargv[]）;
intexecve（constchar*path,char*constargv[],char*constenvp[]）;
这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回，如果调用出错则返回-1，所以exec函数只有出错的返回值而没有成功的返回值。
这些函数原型看起来很容易混，但只要掌握了规律就很好记。
不带字母p（表示path）的exec函数第一个参数必须是程序的相对路径或绝对路径，例如"/bin/ls"或"./a.out"，而不能是"ls"或"a.out"。
对于带字母p的函数：
∙如果参数中包含/，则将其视为路径名。
∙否则视为不带路径的程序名，在PATH环境变量的目录列表中搜索这个程序。
带有字母l（表示list）的exec函数要求将新程序的每个命令行参数都当作一个参数传给它，命令行参数的个数是可变的，因此函数原型中有...，...中的最后一个可变参数应该是NULL，起sentinel的作用。
对于带有字母v（表示vector）的函数，则应该先构造一个指向各参数的指针数组，然后将该数组的首地址当作参数传给它，数组中的最后一个指针也应该是NULL，就像main函数的argv参数或者环境变量表一样。
对于以e（表示environment）结尾的exec函数，可以把一份新的环境变量表传给它，其他exec函数仍使用当前的环境变量表执行新程序。
exec调用举例如下：
char*constps_argv[]={"ps","-o","pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm",NULL};
char*constps_envp[]={"PATH=/bin:
/usr/bin","TERM=console",NULL};
execl（"/bin/ps","ps","-o","pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm",NULL）;
execv（"/bin/ps",ps_argv）;
execle（"/bin/ps","ps","-o","pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm",NULL,ps_envp）;
execve（"/bin/ps",ps_argv,ps_envp）;
execlp（"ps","ps","-o","pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm",NULL）;
execvp（"ps",ps_argv）;
事实上，只有execve是真正的系统调用，其它五个函数最终都调用execve，所以execve在man手册第2节，其它函数在man手册第3节。
这些函数之间的关系如下图所示。
图 30.5. exec函数族
一个完整的例子：
#include
#include
intmain（void）
{
execlp（"ps","ps","-o","pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm",NULL）;
perror（"execps"）;
exit
（1）;
}
执行此程序则得到：
$./a.out
PIDPPIDPGRPSESSTPGIDCOMMAND
66146608661466147199bash
71996614719966147199ps
由于exec函数只有错误返回值，只要返回了一定是出错了，所以不需要判断它的返回值，直接在后面调用perror即可。
注意在调用execlp时传了两个"ps"参数，第一个"ps"是程序名，execlp函数要在PATH环境变量中找到这个程序并执行它，而第二个"ps"是第一个命令行参数，execlp函数并不关心它的值，只是简单地把它传给ps程序，ps程序可以通过main函数的argv[0]取到这个参数。
调用exec后，原来打开的文件描述符仍然是打开的[37]。
利用这一点可以实现I/O重定向。
先看一个简单的例子，把标准输入转成大写然后打印到标准输出：
例 30.4. upper
/*upper.c*/
#include
intmain（void）
{
intch;
while（（ch=getchar（））!
=EOF）{
putchar（toupper（ch））;
}
return0;
}
运行结果如下：
$./upper
helloTHERE
HELLOTHERE
（按Ctrl-D表示EOF）
$
使用Shell重定向：
$catfile.txt
thisisthefile,file.txt,itisalllowercase.
$./upperTHISISTHEFILE,FILE.TXT,ITISALLLOWERCASE.
如果希望把待转换的文件名放在命令行参数中，而不是借助于输入重定向，我们可以利用upper程序的现有功能，再写一个包装程序wrapper。
例 30.5. wrapper
/*wrapper.c*/
#include
#include
#include
#include
intmain（intargc,char*argv[]）
{
intfd;
if（argc!
=2）{
fputs（"usage:
wrapperfile\n",stderr）;
exit
（1）;
}
fd=open（argv[1],O_RDONLY）;
if（fd<0）{
perror（"open"）;
exit
（1）;
}
dup2（fd,STDIN_FILENO）;
close（fd）;
execl（"./upper","upper",NULL）;
perror（"exec./upper"）;
exit
（1）;
}
wrapper程序将命令行参数当作文件名打开，将标准输入重定向到这个文件，然后调用exec执行upper程序，这时原来打开的文件描述符仍然是打开的，upper程序只负责从标准输入读入字符转成大写，并不关心标准输入对应的是文件还是终端。
运行结果如下：
$./wrapperfile.txt
THISISTHEFILE,FILE.TXT,ITISALLLOWERCASE.
3.3. wait和waitpid函数
一个进程在终止时会关闭所有文件描述符，释放在用户空间分配的内存，但它的PCB还保留着，内核在其中保存了一些信息：
如果是正常终止则保存着退出状态，如果是异常终止则保存着导致该进程终止的信号是哪个。
这个进程的父进程可以调用wait或waitpid获取这些信息，然后彻底清除掉这个进程。
我们知道一个进程的退出状态可以在Shell中用特殊变量$?
查看，因为Shell是它的父进程，当它终止时Shell调用wait或waitpid得到它的退出状态同时彻底清除掉这个进程。
如果一个进程已经终止，但是它的父进程尚未调用wait或waitpid对它进行清理，这时的进程状态称为僵尸（Zombie）进程。
任何进程在刚终止时都是僵尸进程，正常情况下，僵尸进程都立刻被父进程清理了，为了观察到僵尸进程，我们自己写一个不正常的程序，父进程fork出子进程，子进程终止，而父进程既不终止也不调用wait清理子进程：
#include
#include
intmain（void）
{
pid_tpid=fork（）;
if（pid<0）{
perror（"fork"）;
exit
（1）;
}
if（pid>0）{/*parent*/
while
（1）;
}
/*child*/
return0;
}
在后台运行这个程序，然后用ps命令查看：
$./a.out&
[1]6130
$psu
USERPID%CPU%MEMVSZRSSTTYSTATSTARTTIMECOMMAND
akaedu60160.00.357243140pts/0Ss08:
410:
00bash
akaedu613097.20.01536284pts/0R08:
4414:
33./a.out
akaedu61310.00.000pts/0Z08:
440:
00[a.out]
akaedu61630.00.026201000pts/0R+08:
590:
00psu
在./a.out命令后面加个&表示后台运行，Shell不等待这个进程终止就立刻打印提示符并等待用户输命令。
现在Shell是位于前台的，用户在终端的输入会被Shell读取，后台进程是读不到终端输入的。
第二条命令psu是在前台运行的，在此期间Shell进程和./a.out进程都在后台运行，等到psu命令结束时Shell进程又重新回到前台。
在第 33 章信号和第 34 章终端、作业控制与守护进程将会进一步解释前台（Foreground）和后台（Backgroud）的概念。
父进程的pid是6130，子进程是僵尸进程，pid是6131，ps命令显示僵尸进程的状态为Z，在命令行一栏还显示。
如果一个父进程终止，而它的子进程还存在（这些子进程或者仍在运行，或者已经是僵尸进程了），则这些子进程的父进程改为init进程。
init是系统中的一个特殊进程，通常程序文件是/sbin/init，进程id是1，在系统启动时负责启动各种系统服务，之后就负责清理子进程，只要有子进程终止，init就会调用wait函数清理它。
僵尸进程是不能用kill命令清除掉的，因为kill命令只是用来终止进程的，而僵尸进程已经终止了。
思考一下，用什么办法可以清除掉僵尸进程？
wait和waitpid函数的原型是：
#include
#include
pid_twait（int*status）;
pid_twaitpid（pid_tpid,int*status,intoptions）;
若调用成功则返回清理掉的子进程id，若调用出错则返回-1。
父进程调用wait或waitpid时可能会：
∙阻塞（如果它的所有子进程都还在运行）。
∙带子进程的终止信息立即返回（如果一个子进程已终止，正等待父进程读取其终止信息）。
∙出错立即返回（如果它没有任何子进程）。
这两个函数的区别是：
∙如果父进程的所有子进程都还在运行，调用wait将使父进程阻塞，而调用waitpid时如果在options参数中指定WNOHANG可以使父进程不阻塞而立即返回0。
∙wait等待第一个终止的子进程，而waitpid可以通过pid参数指定等待哪一个子进程。
可见，调用wait和waitpid不仅可以获得子进程的终止信息，还可以使父进程阻塞等待子进程终止，起到进程间同步的作用。
如果参数status不是空指针，则子进程的终止信息通过这个参数传出，如果只是为了同步而不关心子进程的终止信息，可以将status参数指定为NULL。
例 30.6. waitpid
#include
#include
#include
#include
#include
intmain（void）
{
pid_tpid;
pid=fork（）;
if（pid<0）{
perror（"forkfailed"）;
exit
（1）;
}
if（pid==0）{
inti;
for（i=3;i>0;i--）{
printf（"Thisisthechild\n"）;
sleep
（1）;
}
exit（3）;
}else{
intstat_val;
waitpid（pid,&stat_val,0）;
if（WIFEXITED（stat_val））
printf（"Childexitedwithcode%d\n",WEXITSTATUS（stat_val））;
elseif（WIFSIGNALED（stat_val））
printf（"Childterminatedabnormally,signal%d\n",WTERMSIG（stat_val））;
}
return0;
}
子进程的终止信息在一个int中包含了多个字段，用宏定义可以取出其中的每个字段：
如果子进程是正常终止的，WIFEXITED取出的字段值非零，WEXITSTATUS取出的字段值就是子进程的退出状态；如果子进程是收到信号而异常终止的，WIFSIGNALED取出的字段值非零，WTERMSIG取出的字段值就是信号的编号。
作为练习，请读者从头文件里查一下这些宏做了什么运算，是如何取出字段值的。
习题
1、请读者修改例 30.6“waitpid”的代码和实验条件，使它产生“Childterminatedabnormally”的输出。
[37]
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