fork，wait和exec

Posted 2022-12-04 热爱编程的大忽悠

fork，wait和exec

• fork系统调用
• wait系统调用
• exec系统调用
• 为什么要把fork和exec分开

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fork系统调用

1、子进程不会从 main()函数开始执行，而是直接从 fork()系统调用返回。

2、子进程拥有自己的地址空间（即拥有自己的私有内存）、寄存器、程序计数器等

3、父进程获得的返回值是新创建子进程的 PID，而子进程获得的返回值是 0

4、子进程和父进程的运行顺序取决于CPU调度顺序

代码实现

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

 int main(int argc, char *argv[])
 
   printf("hello world (pid:%d)\\n", (int) getpid());
   
   int rc = fork();
    
    if (rc < 0)  // fork failed; exit
    fprintf(stderr, "fork failed\\n");
    exit(1);
  
   else if (rc == 0)  // child (new process)
   printf("hello, I am child (pid:%d)\\n", (int) getpid());
  
   else  // parent goes down this path (main)
   printf("hello, I am parent of %d (pid:%d)\\n",
   rc, (int) getpid());
  
  
  
  return 0;
 

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wait系统调用

父进程调用 wait()，延迟自己的执行，直到子进程执行完毕。当子进程结束，wait()才返回父进程。

代码实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc, char *argv[])
 
 printf("hello world (pid:%d)\\n", (int) getpid());
 int rc = fork();
 if (rc < 0)  // fork failed; exit
 fprintf(stderr, "fork failed\\n");
 exit(1);
  else if (rc == 0)  // child (new process)
 printf("hello, I am child (pid:%d)\\n", (int) getpid());
  else  // parent goes down this path (main)
 int wc = wait(NULL);
 printf("hello, I am parent of %d (wc:%d) (pid:%d)\\n",
 rc, wc, (int) getpid());
 
 return 0;
 

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exec系统调用

这个系统调用可以让子进程执行与父进程不同的程序。例如，在p2.c 中调用 fork()，这只是在你想运行相同程序的拷贝谁有用。但是，我们常常想运行不同的程序，exec()正好做这样的事

这个例子中，子进程调用 execvp()来运行字符计数程序 wc。

exec()会从可执行程序中加载代码和静态数据，并用它覆写自己代码段（以及静态数据），堆、栈及其他内存空间也会被重新初始化。然后操作系统就执行该程序，将参数通过 argv 传递给该进程。因此，它并没有创建新进程，而是直接将当前运行的程序（以前的 p3）替换为不同的运行程序（wc）。子进程执行 exec()之后，几乎就像p3.c 从未运行过一样。对 exec()的成功调用永远不会返回

 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <unistd.h>
 #include <string.h>
 #include <sys/wait.h>

 int
 main(int argc, char *argv[])
 
 printf("hello world (pid:%d)\\n", (int) getpid());
 int rc = fork();
 if (rc < 0)  // fork failed; exit
 fprintf(stderr, "fork failed\\n");
 exit(1);
  else if (rc == 0)  // child (new process)
 printf("hello, I am child (pid:%d)\\n", (int) getpid());
 char *myargs[3];
 myargs[0] = strdup("wc"); // program: "wc" (word count)
 myargs[1] = strdup("p3.c"); // argument: file to count
 myargs[2] = NULL; // marks end of array
 execvp(myargs[0], myargs); // runs word count
 printf("this shouldn't print out");
  else  // parent goes down this path (main)
 int wc = wait(NULL);
 printf("hello, I am parent of %d (wc:%d) (pid:%d)\\n",
 rc, wc, (int) getpid());
 
 return 0;
 

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为什么要把fork和exec分开

在构建UNIX shell 的时候非常有用，因为这给了shell 在fork 之后exec 之前运行代码的机会，这些代码可以在运行新程序前改变环境，实现一些有趣的功能。

例： prompt> wc p3.c > newfile.txt

在上面的例子中，wc 的输出结果被重定向（redirect）到文件newfile.txt 中（通过newfile.txt之前的大于号来指明重我向）。

shell 实现结果重定向的方式也很简单，当完成子进程的创建后，shell在调用exec()之前先关闭了标准输出（standardoutput），打开了文件newfile.txt。

这样，即将运行的程序wc 的输出结果就被发送到该文件，而不是打印在屏幕上。