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 ：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
- 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。 - 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。
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
- 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。
- 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。
- 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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