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Xv6 多进程编程

参考: xv6-riscv-book 1.1 Processes and memory

本文参考 xv6-riscv-book，介绍如何使用 Xv6 系统调用，实现多进程编程。（其实就是把书上的代码完整化，并附上真实系统中的实现方式）

系统调用	描述
int fork()	创建一个进程（通过复制当前进程）返回子进程 PID
int exit(int status)	终止当前进程，status 会被报告给 wait()，无返回值
int wait(int *status)	等待一个子进程退出，把退出的状态(exit de status) 写到 status，返回退出的子进程 PID
int exec(char *file, char *argv[])	载入一个文件，并以指定参数执行之。错误才返回

fork & wait

fork 系统调用通过复制当前进程，创建一个进程，返回子进程 PID。

wait 会等待当前进程的某个子进程退出（调用 exit）。

Xv6

（关于如何在 Xv6 系统中编写自己的用户程序，可以参考我的上一篇文章：Xv6 系统中编写自己的用户程序）

一个有关使用 fork 的例子的完整代码实现：

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"

int main() {
	int pid = fork();
	if(pid > 0) {
		printf("parent: child=%d\n", pid);
		pid = wait((int *) 0);
		printf("child %d is done\n", pid);
	} else if (pid == 0) {
		printf("child: exiting\n");
		exit(0);
	} else {
		printf("fork error\n");
	}

	exit(0);
}

注意，在 Xv6 里提供的 printf 线程不安全，运行程序打印出的字符可能随机混合在一起：

$ usefork   # 这个还稍好
parent: child=c5
hild: exiting
child 5 is done
$ usefork  # 这个就非常乱了
cphairledn:t :e xcihtiilndg=
7
child 7 is done

Real Unix

在真实的 *nix 系统上（这里以 macOS 11，GCC 10 为例），这段代码的写法是：

// usefork.c for macOS GCC

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

int main() {
	int pid = fork();
	if(pid > 0) {
		printf("parent: child=%d\n", pid);
		pid = wait((int *) 0);
		printf("child %d is done\n", pid);
	} else if (pid == 0) {
		printf("child: exiting\n");
		// sleep(2);
		exit(0);
	} else {
		printf("fork error\n");
	}

	return 0;
}

真实系统中运行的效果会好一些，一般没有字符混合的情况：

$ gcc-10 usefork.c ; ./a.out 
parent: child=3598
child: exiting
child 3598 is done

exec

exec 系统调用载入一个可执行文件，用其替换自身程序，以指定参数执行之。

要注意 exec 成功了会替换程序。所以在 exec 下面的代码就执行不到了。而一旦 exec 后面的代码得以执行，就说明 exec 失败了。所以 exec 后面一般放上失败的处理代码。

Xv6

Xv6 系统下的 useexec.c：

注意 include 库与真实世界中的不同。

#include "kernel/types.h"
#include "kernel/stat.h"
#include "user/user.h"

int main() {
	char *argv[3];

	argv[0] = "echo";
	argv[1] = "hello";
	argv[2] = 0;

	exec("echo", argv);
	// exec 成功了会替换程序，下面的就执行不到了:
	printf("exec error\n");

	exit(0);
}

编译运行：

$ useexec
hello

Real Unix

macOS 下的 useexec.c:

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

int main() {
	char *argv[3];

	argv[0] = "echo";
	argv[1] = "hello";
	argv[2] = 0;

	execv("/bin/echo", argv);
	// execv("/bin/echooooo", argv);  // an error one
	printf("exec error\n");
}

编译运行：

$ gcc-10 useexec.c ; ./a.out 
hello

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By CDFMLR 2021-02-18

echo "See you."

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