1.6 程序和進(jìn)程
程序
程序是存在于磁盤(pán)上目錄中的可執(zhí)行文件。6個(gè)exec函數(shù)中的任意一個(gè)，都可以將一個(gè)程序讀入內(nèi)存中并由內(nèi)核執(zhí)行（感覺(jué)這句沒(méi)有翻譯好，原句是：A program is read into memory and is executed by the kernel as a result of one of the six exec functions.）。我們將在8.10節(jié)中介紹這些函數(shù)。
進(jìn)程和進(jìn)程ID
一個(gè)正在執(zhí)行中的程序?qū)嵗环Q為進(jìn)程（process），該詞語(yǔ)（進(jìn)程）幾乎會(huì)出現(xiàn)在本書(shū)中的每一頁(yè)。一些操作系統(tǒng)用任務(wù)（task）來(lái)稱呼一個(gè)正在運(yùn)行中的程序。
UNIX系統(tǒng)確保每一個(gè)進(jìn)程都擁有一個(gè)唯一的數(shù)字標(biāo)識(shí)符，稱為進(jìn)程ID。進(jìn)程ID總是非負(fù)整數(shù)。
例子
圖1.6中的程序打印出它的進(jìn)程ID。
如果我們把程序編譯成a.out并執(zhí)行它，我們會(huì)看到
$ ./a.out
hello world from process ID 851
$ ./a.out
hello world from process ID 854
該程序運(yùn)行時(shí)調(diào)用getpid函數(shù)來(lái)獲得進(jìn)程ID。
1 #include "apue.h"
2
3 int
4 main(void)
5 {
6 printf("hello world from process ID %d\n", getpid());
7 exit(0);
8 }
圖
1.6 打印進(jìn)程ID
進(jìn)程控制
進(jìn)程控制主要使用三個(gè)函數(shù)：fork，exec和waitpid。（exec函數(shù)有6個(gè)變體，我們通常把它們統(tǒng)稱為exec函數(shù)。）
例子
使用一個(gè)簡(jiǎn)單的程序（圖1.7）來(lái)展示UNIX系統(tǒng)的進(jìn)程控制特性，該程序從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取命令并且執(zhí)行這些命令。這是一個(gè)類似shell程序的本質(zhì)（翻譯得不好，原句是：This is a bare-bones implementation of a shell-like program.）。在這個(gè)30行的程序中有許多特性值得思考。
l 使用標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)fgets，一次從標(biāo)準(zhǔn)輸入中讀取一行。當(dāng)輸入文件終止符（通常是Control-D）作為一行的第一個(gè)字符時(shí)，fgets返回null指針，同時(shí)終止循環(huán)，接著終止進(jìn)程。在18章中，我們描述所有特殊的終端字符（文件終止符，退格字符，整行擦除字符等等），并且介紹怎樣改變它們。
l fgets返回的每一行都終止于一個(gè)換行符和跟在換行符后面的一個(gè)null字節(jié)，我們使用標(biāo)準(zhǔn)的C函數(shù)strlen來(lái)計(jì)算字符串的長(zhǎng)度，接著把換行符替換為一個(gè)null字節(jié)。這樣做是因?yàn)?/SPAN>execlp函數(shù)需要一個(gè)以null結(jié)束的參數(shù)，而不是以換行符結(jié)束的參數(shù)。
l 調(diào)用fork函數(shù)來(lái)建立一個(gè)進(jìn)程，這個(gè)進(jìn)程是一個(gè)調(diào)用者的拷貝。我們把調(diào)用者稱為父進(jìn)程，把新建立的進(jìn)程稱為子進(jìn)程。那么fork函數(shù)返回子進(jìn)程的非負(fù)進(jìn)程ID給父進(jìn)程，同時(shí)返回0給子進(jìn)程。因?yàn)?/SPAN>fork創(chuàng)建了一個(gè)新進(jìn)程，我們說(shuō)fork被調(diào)用一次就返回兩次，一次返回給父進(jìn)程，一次返回給子進(jìn)程。
l 在子進(jìn)程中，調(diào)用execlp來(lái)執(zhí)行從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取的命令。這就把子進(jìn)程替換為一個(gè)新的程序文件。fork函數(shù)后跟exec函數(shù)的組合，就是一些操作系統(tǒng)所謂的產(chǎn)生一個(gè)新進(jìn)程。（翻譯得不好，原句是：This replaces the child process with the new program file. The combination of a fork, followed by an exec, is what some operating systems call spawning a new process.）在UNIX系統(tǒng)中，這兩部分被分為了獨(dú)立的函數(shù)。第八章中將會(huì)介紹更多這方面的內(nèi)容。
l 因?yàn)樽舆M(jìn)程調(diào)用execlp來(lái)執(zhí)行新的程序文件，父進(jìn)程就會(huì)等待直到子進(jìn)程結(jié)束。這些工作由waitpid函數(shù)完成。waitpid函數(shù)中的pid參數(shù)代表了子進(jìn)程的進(jìn)程ID，該參數(shù)用來(lái)標(biāo)識(shí)出需要等待的進(jìn)程。waitpid函數(shù)也可以得到子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)。在這個(gè)簡(jiǎn)單程序中的的status變量就代表了子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)，在程序中我們沒(méi)有使用這個(gè)值，但是我們可以通過(guò)檢查這個(gè)值來(lái)確定子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)。
l 這個(gè)程序最根本的限制在于我們不能像我們所執(zhí)行的命令傳遞參數(shù)。例如，不能列舉特定的目錄。我們只可以在工作目錄執(zhí)行ls命令。為了能夠傳遞參數(shù)，我們需要分析輸入行，按某種習(xí)慣（可能的情況是使用空格或者制表符）區(qū)別出參數(shù)，接著把每一個(gè)參數(shù)作為獨(dú)立的參數(shù)傳遞給execlp函數(shù)。盡管如此，這個(gè)程序仍然對(duì)UNIX系統(tǒng)進(jìn)程控制函數(shù)進(jìn)行了有用說(shuō)明。
運(yùn)行這個(gè)程序，我們得到下面的輸出。注意我們的程序有一個(gè)不同的提示符，使用百分號(hào)（%）來(lái)區(qū)別于shell的提示符。
$ ./a.out
% date
Sun Aug 1 03:04:47 EDT 2004
% who
sar :0 Jul 26 22:54
sar pts/0 Jul 26 22:54 (:0)
sar pts/1 Jul 26 22:54 (:0)
sar pts/2 Jul 26 22:54 (:0)
% pwd
/home/sar/bk/apue/2e
% ls
Makefile
a.out
shell1.c
% ^D 輸入文件終止符
$ shell提示符
#include "apue.h"
#include <sys/wait.h>
int
main(void)
{
char buf[MAXLINE]; /* from apue.h */
pid_t pid;
int status;
printf("%% "); /* print prompt (printf requires %% to print %) */
while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
if (buf[strlen(buf) - 1] == '\n')
buf[strlen(buf) - 1] = 0; /* replace newline with null */
if ((pid = fork()) < 0) {
err_sys("fork error");
} else if (pid == 0) { /* child */
execlp(buf, buf, (char *)0);
err_ret("couldn't execute: %s", buf);
exit(127);
}
/* parent */
if ((pid = waitpid(pid, &status, 0)) < 0)
err_sys("waitpid error");
printf("%% ");
}
exit(0);
}
圖 1.7 從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取命令并執(zhí)行它們
符號(hào)^D用代表一個(gè)控制字符。控制字符是一種特殊的的字符，可以通過(guò)同時(shí)按下控制鍵（在你的計(jì)算機(jī)上通常為Control鍵或Ctrl鍵）和另一個(gè)鍵來(lái)產(chǎn)生它。Control-D，或者說(shuō)^D，是默認(rèn)的文件終止符。在18章討論終止I/O的時(shí)候會(huì)看到更多的控制字符。
線程和線程ID
通常，一個(gè)進(jìn)程只有一個(gè)線程（原句是：Usually, a process has only one thread of control one set of machine instructions executing at a time.不知道怎么翻譯，留給大蝦翻譯）。當(dāng)有多于一個(gè)的線程來(lái)控制不同部分時(shí)，一些問(wèn)題就變得很容易解決。另外，多線程在多處理器系統(tǒng)上能夠獲得平衡性（又一句翻譯得不爽：Additionally, multiple threads of control can exploit the parallelism possible on multiprocessor systems.）。
一個(gè)進(jìn)程中的所有線程共享同一個(gè)地址空間，文件描述符，棧和進(jìn)程相關(guān)的屬性。因?yàn)槟軌蛟L問(wèn)相同的內(nèi)存，線程必須同步訪問(wèn)它們自己的共享數(shù)據(jù)，以避免沖突。
和進(jìn)程一樣，線程由線程ID標(biāo)識(shí)。盡管如此，線程ID對(duì)于進(jìn)程ID來(lái)說(shuō)是本地的。也就是說(shuō)，一個(gè)進(jìn)程中的線程ID在另一個(gè)進(jìn)程中是沒(méi)有意義的。當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)程中操作線程的時(shí)候，使用線程ID來(lái)指出特定的線程。
控制線程的函數(shù)和控制進(jìn)程的函數(shù)是一樣的。在進(jìn)程模型建立很久以后，線程才被加入到UNIX系統(tǒng)中，然而，線程模型和進(jìn)程模型之間有一些復(fù)雜的交互，在12章將會(huì)看到這些。