Linux下Fork与Exec使用

Posted 2021-03-11 豁然高

Linux下进程的结构

　　Linux下一个进程在内存里有三部分的数据，就是"代码段"、"堆栈段"和"数据段"。其实学过汇编语言的人一定知道，一般的CPU都有上述三种段寄存器，以方便操作系统的运行。这三个部分也是构成一个完整的执行序列的必要的部分。

　　"代码段"，顾名思义，就是存放了程序代码的数据，假如机器中有数个进程运行相同的一个程序，那么它们就可以使用相同的代码段。

　　"堆栈段"存放的就是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量。

　　而数据段则存放程序的全局变量，常数以及动态数据分配的数据空间（比如用malloc之类的函数取得的空间）。

Linux下的进程控制

在传统的Unix环境下，有两个基本的操作用于创建和修改进程：函数fork( )用来创建一个新的进程，该进程几乎是当前进程的一个完全拷贝；函数族exec( )用来启动另外的进程以取代当前运行的进程。

　　fork（）

　　fork在英文中是"分叉"的意思。为什么取这个名字呢？因为一个进程在运行中，如果使用了fork，就产生了另一个进程，于是进程就"分叉"了，所以这个名字取得很形象。

　　调用这个fork函数时发生了什么呢？fork函数启动一个新的进程，这个进程几乎是当前进程的一个拷贝：子进程和父进程使用相同的代码段；子进程复制父进程的堆栈段和数据段。个人理解，还拷贝了环境变量。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。它们再要交互信息时，只有通过进程间通信来实现。

　　也就是说，fork出的子进程的一切都来自父进程，包括代码、数据、堆栈、打开的文件等，就连代码的执行位置（状态）都是一样的。

　　 exec( )函数族

　　一个进程一旦调用exec类函数，它本身就"死亡"了，系统把代码段替换成新的程序的代码，废弃原有的数据段和堆栈段，并为新程序分配新的数据段与堆栈段，唯一留下的，就是进程号，个人理解，还留下了环境变量

 

我们平时使用shell命令时，产生的子进程方式大体有以下两种

第一种只使用 fork() 函数，子进程几乎是当前进程的一个拷贝，父进程中的函数、全局变量、别名以及环境变量在子进程中仍然有效。

　　注意：子进程只是父进程的拷贝，两者并不共享，所以在子进程中改变了某个全局变量或者环境变量，不会反应到父进程中，父进程中该变量的值保持原样。同样，在子进程被创建后，在改变父进程中变量的值，也不会反应到子进程中。

 

第二种使用 fork() 后，又使用了 exec() 函数。这样新建子进程只留下了进程ID和环境变量，其余的全局变量，别名等就不存在了。相当于exce对子进程进行了格式化一样

 

以新进程的方式运行脚本文件，比如bash ./test.sh、chmod +x ./test.sh; ./test.sh，或者在当前 Shell 中使用 bash 命令启动新的 Shell，它们都属于第二种创建子进程的方式，所以子进程除了能继承父进程的环境变量外，基本上也不能使用父进程的什么东西了，比如，父进程的全局变量、局部变量、文件描述符、别名等在子进程中都无效。

但是，组命令、命令替换、管道这几种语法都使用第一种方式创建进程，所以子进程可以使用父进程的一切，包括全局变量、局部变量、别名等。

 

为了方便两者的区别，我们称第一种为子shell，第二种为子进程。