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7.4 实验内容
7.4.1 编写多进程程序
1．实验目的
通过编写多进程程序，使读者熟练掌握fork()、exec()、wait()和waitpid()等函数的使用，进一步理解在Linux中多进程编程的步骤。
2．实验内容
该实验有3个进程，其中一个为父进程，其余两个是该父进程创建的子进程，其中一个子进程运行“ls -l”指令，另一个子进程在暂停5s之后异常退出，父进程先用阻塞方式等待第一个子进程的结束，然后用非阻塞方式等待另一个子进程的退出，待收集到第二个子进程结束的信息，父进程就返回。
3．实验步骤
（1）画出该实验流程图。
该实验流程图如图7.8所示。
图7.8 实验7.4.1流程图
（2）实验源代码。
先看一下下面的代码，这个程序能得到我们所希望的结果吗，它的运行会产生几个进程？请读者回忆一下fork()调用的具体过程。
/* multi_proc_wrong.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
pid_t child1, child2, child;
/*创建两个子进程*/
child1 = fork();
child2 = fork();
/*子进程1的出错处理*/
if (child1 == -1)
{
printf("Child1 fork error\n");
exit(1);
}
else if (child1 == 0) /*在子进程1中调用execlp()函数*/
{
printf("In child1: execute 'ls -l'\n");
if (execlp("ls", "ls","-l", NULL)<0)
{
printf("Child1 execlp error\n");
}
}
if (child2 == -1) /*子进程2的出错处理*/
{
printf("Child2 fork error\n");
exit(1);
}
else if( child2 == 0 ) /*在子进程2中使其暂停5s*/
{
printf("In child2: sleep for 5 seconds and then exit\n");
sleep(5);
exit(0);
}
else /*在父进程中等待两个子进程的退出*/
{
printf("In father process:\n");
child = waitpid(child1, NULL, 0); /* 阻塞式等待 */
if (child == child1)
{
printf("Get child1 exit code\n");
}
else
{
printf("Error occured!\n");
}
do
{
child =waitpid(child2, NULL, WNOHANG);/* 非阻塞式等待 */
if (child == 0)
{
printf("The child2 process has not exited!\n");
sleep(1);
}
} while (child == 0);
if (child == child2)
{
printf("Get child2 exit code\n");
}
else
{
printf("Error occured!\n");
}
}
exit(0);
}
编译和运行以上代码，并观察其运行结果。它的结果是我们所希望的吗？
看完前面的代码之后，再观察下面的代码，它们之间有什么区别，会解决哪些问题。
/*multi_proc.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
pid_t child1, child2, child;
/*创建两个子进程*/
child1 = fork();
/*子进程1的出错处理*/
if (child1 == -1)
{
printf("Child1 fork error\n");
exit(1);
}
else if (child1 == 0) /*在子进程1中调用execlp()函数*/
{
printf("In child1: execute 'ls -l'\n");
if (execlp("ls", "ls", "-l", NULL) < 0)
{
printf("Child1 execlp error\n");
}
}
else /*在父进程中再创建进程2，然后等待两个子进程的退出*/
{
child2 = fork();
if (child2 == -1) /*子进程2的出错处理*/
{
printf("Child2 fork error\n");
exit(1);
}
else if(child2 == 0) /*在子进程2中使其暂停5s*/
{
printf("In child2: sleep for 5 seconds and then exit\n");
sleep(5);
exit(0);
}
printf("In father process:\n");
child = waitpid(child1, NULL, 0); /* 阻塞式等待 */
if (child == child1)
{
printf("Get child1 exit code\n");
}
else
{
printf("Error occured!\n");
}
do
{
child = waitpid(child2, NULL, WNOHANG ); /* 非阻塞式等待 */
if (child == 0)
{
printf("The child2 process has not exited!\n");
sleep(1);
}
} while (child == 0);
if (child == child2)
{
printf("Get child2 exit code\n");
}
else
{
printf("Error occured!\n");
}
}
exit(0);
}
（3）首先在宿主机上编译调试该程序：
$ gcc multi_proc.c –o multi_proc（或者使用Makefile）
（4）在确保没有编译错误后，使用交叉编译该程序：
$ arm-linux-gcc multi_proc.c –o multi_proc （或者使用Makefile）
（5）将生成的可执行程序下载到目标板上运行。
4．实验结果
在目标板上运行的结果如下所示（具体内容与各自的系统有关）：
$ ./multi_proc
In child1: execute 'ls -l' /* 子进程1的显示， 以下是“ls –l”的运行结果 */
total 28
-rwxr-xr-x 1 david root 232 2008-07-18 04:18 Makefile
-rwxr-xr-x 1 david root 8768 2008-07-20 19:51 multi_proc
-rw-r--r-- 1 david root 1479 2008-07-20 19:51 multi_proc.c
-rw-r--r-- 1 david root 3428 2008-07-20 19:51 multi_proc.o
-rw-r--r-- 1 david root 1463 2008-07-20 18:55 multi_proc_wrong.c
In child2: sleep for 5 seconds and then exit /* 子进程2的显示 */
In father process: /* 以下是父进程显示 */
Get child1 exit code /* 表示子进程1结束（阻塞等待）*/
The child2 process has not exited! /* 等待子进程2结束（非阻塞等待）*/
The child2 process has not exited!
The child2 process has not exited!
The child2 process has not exited!
The child2 process has not exited!
Get child2 exit code /* 表示子进程2终于结束了*/
因为几个子进程的执行有竞争关系，因此，结果中的顺序是随机的。读者可以思考，怎样才可以保证子进程的执行顺序呢？
7.4.2 编写守护进程
1．实验目的
通过编写一个完整的守护进程，使读者掌握守护进程编写和调试的方法，并且进一步熟悉如何编写多进程程序。
2．实验内容
在该实验中，读者首先建立起一个守护进程，然后在该守护进程中新建一个子进程，该子进程暂停10s，然后自动退出，并由守护进程收集子进程退出的消息。在这里，子进程和守护进程的退出消息都在系统日志文件（例如“/var/log/messages”，日志文件的全路径名因版本的不同可能会有所不同）中输出。子进程退出后，守护进程循环暂停，其间隔时间为10s。
3．实验步骤
（1）画出该实验流程图。
该程序流程图如图7.9所示。
图7.9 实验7.4.2流程图
（2）实验源代码。
具体代码设置如下：
/* daemon_proc.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <syslog.h>
int main(void)
{
pid_t child1,child2;
int i;
/*创建子进程1*/
child1 = fork();
if (child1 == 1)
{
perror("child1 fork");
exit(1);
}
else if (child1 > 0)
{
exit(0); /* 父进程退出*/
}
/*打开日志服务*/
openlog("daemon_proc_info", LOG_PID, LOG_DAEMON);
/*以下几步是编写守护进程的常规步骤*/
setsid();
chdir("/");
umask(0);
for(i = 0; i < getdtablesize(); i++)
{
close(i);
}
/*创建子进程2*/
child2 = fork();
if (child2 == 1)
{
perror("child2 fork");
exit(1);
}
else if (child2 == 0)
{ /* 进程child2 */
/*在日志中写入字符串*/
syslog(LOG_INFO, " child2 will sleep for 10s ");
sleep(10);
syslog(LOG_INFO, " child2 is going to exit! ");
exit(0);
}
else
{ /* 进程child1*/
waitpid(child2, NULL, 0);
syslog(LOG_INFO, " child1 noticed that child2 has exited ");
/*关闭日志服务*/
closelog();
while(1)
{
sleep(10);
}
}
}
（3）由于有些嵌入式开发板没有syslog服务，读者可以在宿主机上编译运行。
$ gcc daemon_proc.c –o daemon_proc （或者使用Makefile）
（4）运行该程序。
（5）等待10s后，以root身份查看系统日志文件（例如“/var/log/messages”）。
（6）使用ps –ef | grep daemon_proc查看该守护进程是否在运行。
4．实验结果
（1）在系统日志文件中有类似如下的信息显示：
Jul 20 21:15:08 localhost daemon_proc_info[4940]: child2 will sleep for 10s
Jul 20 21:15:18 localhost daemon_proc_info[4940]: child2 is going to exit!
Jul 20 21:15:18 localhost daemon_proc_info[4939]: child1 noticed that child2 has exited
读者可以从时间戳里清楚地看到child2确实暂停了10s。
（2）使用命令ps –ef | grep daemon_proc可看到如下结果：
david 4939 1 0 21:15 ? 00:00:00 ./daemon_proc
可见，daemon_proc确实一直在运行。
