Linux手账—exec和fork

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前言

在操作系统中，进程控制和程序执行是核心功能。

fork

和

exec

系列函数为此提供了强大的工具。

fork

用于创建一个新进程（子进程），而

exec

系列函数则用于在当前进程中执行新程序，替换其代码段。本文旨在简要介绍这两个函数的基本概念、用途和工作原理。

evec

包含的头文件：

#include <unistd.h>

：这个头文件包含了POSIX操作系统API的函数原型，如文件操作、进程控制、目录操作等。在这里，它主要是为了使用

exec

系列的函数。

外部变量：

extern char **environ;

：这行代码声明了一个外部变量

environ

，它是一个指向字符指针数组的指针。这个数组包含了当前进程的环境变量，每个元素都是一个指向以null结尾的字符串的指针。这个数组以

NULL

结尾。

函数原型：

代码中列出了多个

exec

系列的函数原型，但有一些拼写错误和格式问题。正确的函数名和参数应该如下：注意：

int execl(const char *path, const char *arg, ...);

int execlp(const char *file, const char *arg, ...);

int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);

int execv(const char *path, char *const argv[]);

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

exel

应为

execl

。

exele

应为

execle

，且参数列表中的逗号使用有误，应去掉多余的逗号。

execv

和

execvp

的函数原型在图片中基本正确，但

execvp

的参数列表中的逗号位置不影响其意义，只是格式上的小瑕疵。

execvpe

和

execve

的函数原型在图片中同样存在格式上的问题，主要是多余的逗号，但核心意思正确。

NULL指针：

代码中提到了

NULL

，但在给出的文本中，

NULL

被误写为

NOLL

。在C语言中，

NULL

用于表示空指针。

函数功能：

这些

exec

系列的函数都用于在当前进程中执行一个新的程序。它们会替换当前进程的地址空间（代码、数据、堆栈等）为新程序的地址空间。

不同的

exec

函数提供了不同的方式来指定要执行的程序、传递命令行参数以及设置环境变量。

**

int execl(const char *path, const char *arg, ...);

**

execl

函数使用给定的路径名

path

来执行一个程序。

第二个参数

arg

是传递给新程序的第一个命令行参数（通常是程序的名称）。

后续参数是可变数量的命令行参数，列表必须以

NULL

结尾。

**

int execlp(const char *file, const char *arg, ...);

**

execlp

函数类似于

execl

，但它使用

PATH

环境变量来查找要执行的程序。

file

参数是程序名，而不是路径名。

其余参数与

execl

相同。

**

int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);

**

execle

函数与

execl

类似，但它允许用户指定一个新的环境变量数组

envp

。

envp

是一个以

NULL

结尾的字符指针数组，每个元素都是一个指向环境变量的指针。

其余参数与

execl

相同。

**

int execv(const char *path, char *const argv[]);

**

execv

函数使用给定的路径名

path

来执行一个程序。

argv

是一个指向以

NULL

结尾的字符指针数组的指针，该数组包含要传递给新程序的命令行参数。

argv[0]

通常是程序的名称。

**

int execvp(const char *file, char *const argv[]);

**

execvp

函数类似于

execv

，但它使用

PATH

环境变量来查找要执行的程序。

file

参数是程序名，而不是路径名。

argv

参数与

execv

相同。

**

int execvpe(const char *file, char *const argv[], char *const envp[]);

**

execvpe

函数结合了

execvp

和

execle

的特点。

它使用

PATH

环境变量来查找要执行的程序，并允许用户指定一个新的环境变量数组

envp

。

file

和

argv

参数与

execvp

相同，

envp

参数与

execle

相同。

**

int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);

**

execve

函数是最通用和最强大的

exec

函数。

它允许用户直接指定要执行的文件的名称

filename

、命令行参数数组

argv

和环境变量数组

envp

。

filename

可以是绝对路径或相对路径。

fork

fork

是Linux系统中的一个非常重要的系统调用，它用于创建一个新的进程。以下是关于

fork

命令的详细分析：

一、fork的基本功能

fork

函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，新创建的进程被称为子进程，而原进程被称为父进程。子进程会继承父进程的资源，包括代码、数据、堆栈、文件描述符、内存映射、信号处理等，但每个进程都会拥有自己独立的地址空间和堆栈。

二、fork的返回值

• 在父进程中，fork函数返回新创建的子进程的进程ID（PID）。
• 在子进程中，fork函数返回0。
• 如果创建进程失败，fork函数返回-1，并设置相应的errno值以指示错误类型。

三、fork的执行流程

1. 当调用fork函数时，操作系统会为新的子进程分配资源，包括存储数据和代码的空间。
2. 操作系统会把父进程的所有值都复制到新的子进程中，但某些值（如进程ID、父进程ID、返回地址等）在子进程中会被设置为新的值。
3. fork函数会返回两次：一次在父进程中返回子进程的PID，一次在子进程中返回0。因此，在调用fork函数后，需要判断返回值以确定当前是在父进程还是子进程中。

四、fork后的进程状态

1. 父进程和子进程是并发执行的，它们的执行顺序是不确定的，这取决于操作系统的进程调度策略。
2. 父进程和子进程之间的内存空间是独立的，它们不能直接共享变量和数据。如果需要在父子进程之间共享数据，可以使用共享内存、管道、消息队列等进程间通信（IPC）机制。
3. 子进程会继承父进程的文件锁、信号处理器等状态，但也可以独立地修改这些状态。

总结

简而言之，

fork

函数用于创建一个新进程，该进程是调用进程的副本（子进程）。子进程会继承父进程的资源，但拥有独立的地址空间和堆栈。而

exec

系列函数则用于在当前进程中执行新程序，替换其地址空间。这些函数为开发者提供了进程控制和程序执行的灵活性。通过

fork

和

exec

，开发者可以实现多进程编程，提高程序的并发性和响应速度。同时，需要注意这些函数的返回值和执行流程，以及进程间的独立性和通信机制。

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