popen、system函数和fork的区别

港控/mmm° 2022-06-01 10:53 277阅读 0赞

本文转载自：[http://blog.csdn.net/liuxingen/article/details/47057539][http_blog.csdn.net_liuxingen_article_details_47057539]

## 一、system和popen ##

### 1. system()和popen()简介 ###

在linux中我们可以通过system()来执行一个shell命令，popen()也是执行shell命令并且通过管道和shell命令进行通信。  
system()、popen()给我们处理了fork、exec、waitpid等一系列的处理流程，让我们只需要关注最后的返回结果(函数的返回值)即可。

### 2. system()、popen()源码 ###

首先我们来看一下这两个函数在源码(伪代码)上面的差异。

int system(const char *command)
    {
        struct sigaction sa_ignore, sa_intr, sa_quit;
        sigset_t block_mask, orig_mask;
        pid_t pid;
    
        sigemptyset(&block_mask);
        sigaddset(&block_mask, SIGCHLD);
        sigprocmask(SIG_BLOCK, &block_mask, &orig_mask);        //1. block SIGCHLD
    
        sa_ignore.sa_handler = SIG_IGN;
        sa_ignore.sa_flags = 0;
        sigemptyset(&sa_ignore.sa_mask);
        sigaction(SIGINT, &sa_ignore, &sa_intr);                //2. ignore SIGINT signal
        sigaction(SIGQUIT, &sa_ignore, &sa_quit);                //3. ignore SIGQUIT signal
    
        switch((pid = fork()))
        {
            case -1:
                return -1;
            case 0:
                sigaction(SIGINT, &sa_intr, NULL); 
                sigaction(SIGQUIT, &sa_quit, NULL); 
                sigprocmask(SIG_SETMASK, &orig_mask, NULL);
                execl("/bin/sh", "sh", "-c", command, (char *) 0);
                exit(127);
            default:
                while(waitpid(pid, NULL, 0) == -1)    //4. wait child process exit
                {
                    if(errno != EINTR)
                    {
                        break;
                    }
                }
        }
    }
    return 0;

上面是一个不算完整的system函数源码，后面需要我们关注和popen差异的部分已经用数字标示出来了。

static pid_t    *childpid = NULL;  
                            /* ptr to array allocated at run-time */  
    static int      maxfd;  /* from our open_max(), {Prog openmax} */  
    
    #define SHELL   "/bin/sh"  
    
    FILE *  
    popen(const char *cmdstring, const char *type)  
    {  
        int     i, pfd[2];  
        pid_t   pid;  
        FILE    *fp;  
    
                /* only allow "r" or "w" */  
        if ((type[0] != 'r' && type[0] != 'w') || type[1] != 0) {  
            errno = EINVAL;     /* required by POSIX.2 */  
            return(NULL);  
        }  
    
        if (childpid == NULL) {     /* first time through */  
                    /* allocate zeroed out array for child pids */  
            maxfd = open_max();  
            if ( (childpid = calloc(maxfd, sizeof(pid_t))) == NULL)  
                return(NULL);  
        }  
    
        if (pipe(pfd) < 0)  
            return(NULL);   /* errno set by pipe() */  
    
        if ( (pid = fork()) < 0)  
            return(NULL);   /* errno set by fork() */  
        else if (pid == 0) {                            /* child */  
            if (*type == 'r') {  
                close(pfd[0]);  
                if (pfd[1] != STDOUT_FILENO) {  
                    dup2(pfd[1], STDOUT_FILENO);  
                    close(pfd[1]);  
                }  
            } else {  
                close(pfd[1]);  
                if (pfd[0] != STDIN_FILENO) {  
                    dup2(pfd[0], STDIN_FILENO);  
                    close(pfd[0]);  
                }  
            }  
                /* close all descriptors in childpid[] */  
            for (i = 0; i < maxfd; i++)  
                if (childpid[ i ] > 0)  
                    close(i);  
    
            execl(SHELL, "sh", "-c", cmdstring, (char *) 0);  
            _exit(127);  
        }  
                                    /* parent */  
        if (*type == 'r') {  
            close(pfd[1]);  
            if ( (fp = fdopen(pfd[0], type)) == NULL)  
                return(NULL);  
        } else {  
            close(pfd[0]);  
            if ( (fp = fdopen(pfd[1], type)) == NULL)  
                return(NULL);  
        }  
        childpid[fileno(fp)] = pid; /* remember child pid for this fd */  
        return(fp);  
    }

上面是popen的源码。

### 3. 执行流程 ###

从上面的源码可以看到system和popen都是执行了类似的运行流程，大致是fork->execl->return。但是我们看到system在执行期间调用进程会一直等待shell命令执行完成(waitpid等待子进程结束)才返回，但是popen无须等待shell命令执行完成就返回了。我们可以理解system为串行执行，在执行期间调用进程放弃了”控制权”，popen为并行执行。  
popen中的子进程没人给它”收尸”了啊？是的，如果你没有在调用popen后调用pclose那么这个子进程就可能变成”僵尸”。  
上面我们没有给出pclose的源码，其实我们根据system的源码差不多可以猜测出pclose的源码就是system中第4部分的内容。

### 4. 信号处理 ###

我们看到system中对SIGCHLD、SIGINT、SIGQUIT都做了处理，但是在popen中没有对信号做任何的处理。  
SIGCHLD是子进程退出的时候发给父进程的一个信号，system()中为什么要屏蔽SIGCHLD信号可以参考：[system函数的总结][system]、[waitpid(or wait)和SIGCHILD的关系][waitpid_or wait_SIGCHILD]，总结一句就是为了system()调用能够及时的退出并且能够正确的获取子进程的退出状态(成功回收子进程)。  
popen没有屏蔽SIGCHLD，主要的原因就是popen是”并行”的。如果我们在调用popen的时候屏蔽了SIGCHLD，那么如果在调用popen和pclose之间调用进程又创建了其它的子进程并且调用进程注册了SIGCHLD信号处理句柄来处理子进程的回收工作(waitpid)那么这个回收工作会一直阻塞到pclose调用。这也意味着如果调用进程在pclose之前执行了一个wait()操作的话就可能获取到popen创建的子进程的状态，这样在调用pclose的时候就会回收(waitpid)子进程失败，返回-1，同时设置errno为ECHLD，标示pclose无法获取子进程状态。  
system()中屏蔽SIGINT、SIGQUIT的原因可以继续参考上面提到的[system函数的总结][system]，popen()函数中没有屏蔽SIGINT、SIGQUIT的原因也还是因为popen是”并行的”，不能影响其它”并行”进程。

### 5. 功能 ###

从上面的章节我们基本已经把这两个函数剖析的差不多了，这两个的功能上面的差异也比较明显了，system就是执行shell命令最后返回是否执行成功，popen执行命令并且通过管道和shell命令进行通信。

### NOTE ###

在特权(setuid、setgid)进程中千万注意不要使用system和popen。

\#\#\#补充： \*\*fork用来创建一个子进程\*\* 一个程序一调用fork函数，首先，系统让新的进程与旧的进程使用同一个代码段，因为它们的程序还是相同的，对于数据段和堆栈段，系统则复制一份给新的进程，这样，父进程的所有数据都可以留给子进程，但是，子进程一旦开始运行，虽然它继承了父进程的一切数据，但实际上数据却已经分开，相互之间不再有影响了，也就是说，它们之间不再共享任何数据了。而如果两个进程要共享什么数据的话，就要使用另一套函数（shmget，shmat，shmdt等）来操作。现在，已经是两个进程了，对于父进程，fork函数返回了子程序的进程号，而对于子程序，fork函数则返回零，这样，对于程序，只要判断fork函数的返回值，就知道自己是处于父进程还是子进程中。 \*\*system 可以看做是fork + execl + waitpid。system()函数，\*\*功能强大 当system接受的命令为NULL时直接返回，否则fork出一个子进程，因为fork在两个进程：父进程和子进程中都返回，这里要检查返回的pid，fork在子进程中返回0，在父进程中返回子进程的pid，父进程使用waitpid等待子进程结束，子进程则是调用execl来启动一个程序代替自己，execl(“/bin/sh”, “sh”, “-c”, cmdstring, (char\*)0)是调用shell，这个shell的路径是/bin/sh，后面的字符串都是参数，然后子进程就变成了一个shell进程，这个shell的参数是cmdstring，就是system接受的参数。在windows中的shell是command，想必大家很熟悉shell接受命令之后做的事了。 \*\*popen()也常常被用来执行一个程序\*\*

FILE *popen(const char *command, const char *type);
    int pclose(FILE *stream);

popen() 函数用创建管道的方式启动一个 进程, 并调用 shell. 因为管道是被定义成单向的, 所以 type 参数只能定义成只读或者只写, 不能是两者同时, 结果流也相应的是只读或者只写. command 参数是一个字符串指针, 指向的是一个以 null 结束符结尾的字符串, 这个字符串包含一个 shell 命令. 这个命令被送到 /bin/sh 以 -c 参数执行, 即由 shell 来执行. type 参数也是一个指向以 null 结束符结尾的字符串的指针, 这个字符串必须是 ‘r‘ 或者 ‘w’ 来指明是读还是写.  
popen() 函数的返回值是一个普通的标准I/O流, 它只能用 pclose() 函数来关闭, 而不是 fclose() 函数. 向这个流的写入被转化为对 command 命令的标准输入; 而 command 命令的标准输出则是和调用 popen(), 函数的进程相同，除非这个被command命令自己改变. 相反的, 读取一个 “被popen了的” 流, 就相当于读取 command 命令的标准输出, 而 command 的标准输入则是和调用 popen, 函数的进程相同.

[http_blog.csdn.net_liuxingen_article_details_47057539]: http://blog.csdn.net/liuxingen/article/details/47057539
[system]: http://blog.csdn.net/astrotycoon/article/details/40626355%20system%E5%87%BD%E6%95%B0%E7%9A%84%E6%80%BB%E7%BB%93
[waitpid_or wait_SIGCHILD]: http://blog.csdn.net/liuxingen/article/details/38350347%20waitpid%28or%20wait%29%E5%92%8CSIGCHILD%E7%9A%84%E5%85%B3%E7%B3%BB