Linux(十三）fork + exec进程创建

一、进程创建

在了解进程创建的步骤前，让我们先通过实例观察一下。大家可以跟小编一起，在终端中执行3次ps -f命令，观察一下。

通过上图，我们可以发现，3次ps -f的父进程（PPID）都是一样的（图上为3520），又可以发现这个PPID和bash的PID是一样的；那我们得出结论；执行了3次ps -f，ps -f的父进程的ID都是一样的，即是bash。

实际上，Linux上这个bash就是不断的复制自身,然后把复制出来的用exec替换成想要执行的程序(比如ps);运行ps,发现ps是bash的一个子进程;原因就是bash把自己复制一份,然后替换成ps;

在这里，就会用到我们之前学习的写时拷贝技术了。那我们回顾一下写时拷贝技术的定义"就是fork的时候，子进程直接把父进程的页表复制过来，子进程发生写入(修改)的时候才分配内存复制，然后进行相应的页表修改"。

在替换这步就体现了写时拷贝的意义，如果全部都要替换，那么最开始的复制是没有意义的；注意,用了写时拷贝就只复制了几个页表的映射,内容还没有复制,然后执行了替换exec。（即下图）

通过上面的观察和推导，我们就可以了解到在Linux新的进程的产生过程（也就是进程创建）

fork：复制进程

exec 系列：将当前进程替换成另外一个进程

二、进程替换exec系列介绍

小编之前一直在和大家强调一定要学会使用帮助手册，现在就是大家可以查看帮助手册的时候啦！因为我们要学习一个新的知识啦！

以发现，使用exec需要添加相应的头文件，且exec是一个系列，里面包含了6种库函数，在这里呢，小编只和大家学习前5个，因为最后一个execvpe不通用。大家也可以通过小编在图片上的标注，了解每个库函数的使用方法。

1、execl

我们通过代码来演示一下吧。

复制代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
 
int main()
{
    printf("main pid =%d\n",getpid());
    execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);
    printf("hello!\n");
    printf("execl error!\n");
    exit(0);
}

在这里，我们要注意，原来的程序替换成了ps程序，但PCB没有改变，但是PCB里面的有些值被修改了，比如PCB中程序的名字换成了新的名字。（./main -> ps -f）

那大家和小编一起思考几个问题；

（1）新的进程从哪里执行？

新的进程从主函数的第一行开始执行,也就是ps程序的主函数的第一行代码开始执行,这

个和fork方法不一样,fork返回以后,从fork所在位置开始执行;所以可以直接在execl下面打印一个失败,如果成功就根本不会执行到这里;

所以，在上面的代码中就有了这两句

printf("hello!\n");

printf("execl error!\n");

（2）如果将execl里面的第二个参数改为"xxxy",程序还能否执行?

execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);

改为execl("/usr/bin/ps","xxxy","-f",(char*)0);

通过运行截图，我们可以发现可以正常运行，只是程序命令改为了xxxy

（3）如果将execl里面的第一个参数改为"xxxy",程序还能否执行?

execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);

改为execl("/usr/bin/xxxy","ps","-f",(char*)0);

我们通过运行截图可以发现，execl是没有成功执行的，因为打印了接下来的错误提示。

通过(2)(3)，我们就知道只要execl第一个参数不出错,第一个参数如果出错了,你就找不到这个程序了;那么就运行不成功了;

（4）去掉\n，会发生什么？

printf("main pid =%d\n",getpid());

改为 printf("main pid =%d",getpid());
（5）ps也是由ps.c编译为ps可执行程序的,同理cp也是;

复制代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
 
int main()
{
    printf("main pid =%d\n",getpid());
    execl("/usr/bin/cp","cp","yma.c","ymb.c",(char*)0);
 
    printf("execl error!\n");
 
    exit(0);
}

2、execlp

只给文件名,不需要给文件路径,因为它可以去环境变量PATH所指的位置去搜索;

复制代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
 
int main()
{
    printf("main pid =%d\n",getpid());
    //execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);
    execlp("ps","ps","-f",(char*)0);
    printf("hello!\n");
    printf("execlp error!\n");
    exit(0);
}

3、execle

和execl参数一样，只是多了最后一个环境变量；

复制代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
 
int main(int argc,char *argv[],char*envp[])
{
    printf("main pid =%d\n",getpid());
    //execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);
    //execlp("ps","ps","-f",(char*)0);
    execle("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0,envp);
    printf("hello!\n");
    printf("execle error!\n");
    exit(0);
}

4、execv

execv是把参数都放在了一个数组中，然后把这个数组传递进去即可；

复制代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
 
int main(int argc,char *argv[],char*envp[])
{
    printf("main pid =%d\n",getpid());
    //execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);
    //execlp("ps","ps","-f",(char*)0);
    //execle("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0,envp);
    char *myargv[]={"ps","-f",0};
    execv("/usr/bin/ps",myargv);
    printf("hello!\n");
    printf("execv error!\n");
    exit(0);
}

5、execvp

第一个参数只要文件名，不要路径；

复制代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
 
int main(int argc,char *argv[],char*envp[])
{
    printf("main pid =%d\n",getpid());
    //execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);
    //execlp("ps","ps","-f",(char*)0);
    //execle("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0,envp);
    char *myargv[]={"ps","-f",0};
    //execv("/usr/bin/ps",myargv);
    execvp("ps",myargv);
    printf("hello!\n");
    printf("execvp error!\n");
    exit(0);
}