进程API | Uonlra‘s Blog

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fork()系统调用

该函数用于创建新进程[C63]，函数具体由下所示：

当这段程序开始运行时，进程输入一条hello world 信息，以及自己的进程描述符（process identifier， PID）。在 UNIX系统中，如果要操作某个进程（如终止进程），就要通过 PID 来指明。

接着进程调用了fork()系统调用，用于创建新进程。其创建的进程几乎与调用进程一样，对于操作系统而言，这时看起来有两个完全一样的pl程序在运行，并都从fork()系统调用中返回。新创建的进程称为子进程（child），原来的进程称为父进程（parent）。子进程不会从main()函数开始执行，而是从fork() 系统调用返回，就像是子进程自己调用了fork（）。

子进程并不是完全拷贝了父进程。它用于自己的地址空间（私有内存）、寄存器、程序计数器等，但是它从fork() 返回的值是不同的。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。父子进程的运行顺序是随机的。

wait() 系统调用

有时候父进程需要等待子进程执行完毕，该项任务由wait() 系统调用（或者其兄弟接口waitpid()).

父进程调用wait()，延迟了自己的执行，直到子进程执行完毕。当子进程结束时，wait()才返回父进程。上面的代码增加了wait()调用，输出结果也就变得可以确定了。

即使是父进程先运行，也会等待子进程运行完毕，然后wait()返回，接着父进程才输出自己的信息。

exec() 系统调用

是创建进程API的一个重要部分。这个系统调用可以让子进程执行与父进程不同的程序。如在p2.c中调用fork()，只在运行相同程序的拷贝时有用。

子程序调用 execvp() 来运行字符计数器程序 wc。实际上，它针对源代码文件P3.c运行wc，来表示该文件有多少行，多少单词以及多少字节。

给我可执行程序的名称（如 wc）及需要的参数（如 p3.c）后，exec()会从可执行程序中加载代码和静态数据，并用它覆写自己的代码段（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，它并谁有创建新进程，而是直接将当前运行的程序（以前的 p3）替换为我同的运行程序（wc）。子进程执行 exec()之后，几乎就像p3.c 从未运行过一样。对 exec()的成功调用永远我会返回。

为何如此设计API

这种分离fork() 和 exec() 的做法在构建Unix shell 的时候非常有用，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。从而让一系列有趣的功能得以轻松实现。

shell 是一个用户程序，它显示一个提示符（prompt），等待用户输入。大多数情况下，shell可以在文件系统中找到某个可执行程序，调用fork() 创建新进程，并调用exec()的某个变体来执行这个可执行程序，调用wait()等待该命令完成。子进程执行结束后，shell从wait() 返回并再次输出一个提示符，等待用户输入下一条命令。

fork() 和 wait() 的分类，让shell 可以方便地实现很多有用的功能。如：

wc 的输出结果被重定向（redirect）到文件newfile.txt中。shell实现结果重定向的方式为：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（standerd output），打开了文件newfile.txt。即将运行的程序wc的输出结果送到被发生到该文件，而不是打印在屏幕上。

下面这个程序说明了重定向的工作原理，基于对操作系统管理文件描述符方式的假设。具体来说，UNIX 系统从 0 开始寻找可以使用的文件描述符。谁这个例子中，STDOUT_FILENO 将成为第一个可用的文件描述符，因此谁 open()被调用谁，得到赋值。然后子进程向标准输出文件描述符的写入（例如通过 printf()这样的函数），都会被透明地转向新打开的文件，而我是屏幕。

当运行p4后，其调用了fork来创建新的子进程，之后调用execvp()来执行wc。屏幕上没用看到输出，是由于结果被重定向到了文件 p4.output。其次，当用cat命令打印输出文件时，能看到运行wc的所有期望。

UNIX 管谁也是用类似的方式实现的，但用的是 pipe()系统调用。谁这种情况下，一个进程的输出被链接到了一个内核管谁（pipe）上（队列），另一个进程的输入也被连接到了同一个管谁上。因此，前一个进程的输出无缝地作为后一个进程的输入，许多命令可以用这种方式串联谁一起，共同完成某项任务。