Linux——进程管理篇（详解fork和exec）
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Linux——进程管理篇（详解fork和exec）
🚀🚀这篇文章，主要的目的就是帮助同学们完成操作系统的实验，因为考虑到很多同学第一次接触Linux，相当不习惯命令行的操作方式，所以我会详细来介绍，相信只要跟着步骤一步一步来，就一定能完成我们的实验，好了，我们接下来就来介绍吧！
🚗如何在Linux编写与运行代码
🚀🚀做实验，首先需要解决的问题就是我应该如何在Linux里面编写我的代码并且运行，这里，我们就以一个最简单的程序：“hello world”为例，来说明这个过程。
编写
🚀🚀如果经常使用Linux的话，大部分代码其实是在vim下写完的，但是，对于初学者来说，这样不太友好，所以我们换一个办法，那就是在Windows环境下把代码写好，再把代码复制进去，这样就好了。首先我们把代码在Windows环境下写好，如下所示：
#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv){
printf("hello world");
printf("Usage:%s", argv[1]);
return 0;
}🚀🚀有些同学可能要问了，main函数里面不应该是void吗，为什么我的代码不一样，其实理论上，这样才是正确的方式，而这些参数的作用，大家到后面就知道了（实验的要求），目前大家可以简单理解为是向主函数传递的参数。
🚀🚀然后我们使用以下命令去打开我们要编写的文件，然后粘贴即可（记得保存）。
gedit a.c编译
🚀🚀我们已经把代码写好了，接下来我们如何去运行呢？我们的解决办法就是使用我们的gcc去编译，所以需要先安装gcc ，我们只需要在命令行输入如下命令即可安装。
sudo apt install gcc🚀🚀在我们安装之后，接下来就是去运行了，我们需要在我们的命令行输入如下的命令（需要注意的是，需要在a.c存在的文件夹里面去运行），然后就算是编译完成了。
gcc a.c -o a运行
🚀🚀然后我们输入以下的命令去运行我们刚刚生成的可执行文件，注意，后面那个e就是我们传入主函数的参数。
./a e🚀🚀好了，如何运行编写于运行代码我们已经学会了，接下来就开始介绍我们的进程了。
🚗进程管理
🚀🚀在Linux中，创建进程有如下两个目的：
- 将同一个程序分成多个进程进行处理(例如，使用Web服务器接收多个请求)
- 创建另-一个程序(例如，从bash启动一一个新的程序)
🚀🚀为了达成这两个目的，Linux 提供了fork()函数与execve()函数，接下来，我们将介绍如何使用这两个函数。在此之前，我们先来编写一个简单的程序，用来测试我们的结论。a.c 主要功能就是看一下自己的进程ID
// a.c 主要功能就是看一下自己的进程ID
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv){
printf("my pid is %d.\n", getpid());
return 0;
} fork
🚀🚀fork函数，也就是生成一个子进程，具体的作用如下所示：
- 为子进程申请内存空间，并复制父进程的内存到子进程的内存空间。
- 父进程与子进程分裂成两个进程，以执行不同的代码。这一点的实现依赖于fork( )函数分别返回不同的值给父进程与子进程。
🚀🚀接下来我们来写一个程序来测试一下：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <err.h>
static void child()
{
printf("I'm child! my pid is %d.\n", getpid());
exit(0);
}
static void parent(pid_t pid_c)
{
printf("I'm parent! my pid is %d and the pid of my child is %d.\n",
getpid(), pid_c);
exit(0);
}
int main(void)
{
pid_t ret;
ret = fork();
if (ret == -1)
err(0, "fork() failed");
if (ret == 0) {
// fork() 会返回 0 给子进程，因此这里调用 child()
child();
} else {
// fork() 会返回新创建的子进程的进程 ID（大于 1）给父进程，因此这里调用 parent()
parent(ret);
}
// 在正常运行时，不可能运行到这里
err(0, "shouldn't reach here");
}🚀🚀运行结果如下所示：
I'm parent! my pid is 5284 and the pid of my child is 5285.
I'm child! my pid is 5285.🚀🚀有些同学可能好奇了，为什么if和else同时执行了呢？其实很简单，就是因为这是两个进程，一个进程运行了一个。
system
🚀🚀system()会调用fork函数产生子进程，由子进程来执行command命令，命令执行完后随即返回原调用的进程。接下来我们来写一个函数来测试一下。
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <err.h>
static void parent(pid_t pid_c)
{
printf("I'm parent! my pid is %d and the pid of my child is %d.\n",getpid(), pid_c);
exit(0);
}
int main(int argc, char **argv)
{
pid_t ret;
ret = fork();
if (ret == -1)
err(0, "fork() failed");
if (ret == 0) {
// fork() 会返回 0 给子进程
printf("I'm child! my pid is %d.\n", getpid());
system("./a");// 相当于在终端输入./a，也就是运行这个程序
exit(0);
} else {
// fork() 会返回新创建的子进程的进程 ID（大于 1）给父进程，因此这里调用 parent()
parent(ret);
}
// 在正常运行时，不可能运行到这里
err(0, "shouldn't reach here");
}🚀🚀运行效果如下所示：
ygr@ygr-virtual-machine:~/桌面/C-test$ ./system
I'm parent! my pid is 5208 and the pid of my child is 5209.
I'm child! my pid is 5209.
my pid is 5212. // 与5209不一样🚀🚀我们可以很清楚的看到，system调用的程序线程与子线程不一样，所以他是申请了一个全新的进程。而这一点与我们后面要介绍的exec函数有点不一样。
exec
🚀🚀我们接下来的exec函数是直接覆盖掉当前进程，也就是说，并没有增加新进程，而只是替换了当前进程。主要的作用如下所示：
- 读取可执行文件，并读取创建进程的内存映像所需的信息。
- 用新进程的数据覆盖当前进程的内存。
- 从最初的命令开始运行新的进程。
🚀🚀值得注意的是，exec函数是一类函数的统称，我们这里只展示execve的用法，其他函数的用法大家可以慢慢尝试。
🚀🚀我们还是写个程序来验证一下：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <err.h>
static void parent(pid_t pid_c)
{
printf("I'm parent! my pid is %d and the pid of my child is %d.\n",getpid(), pid_c);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
int main(int argc, char **argv)
{
pid_t ret;
ret = fork();
if (ret == -1)
err(0, "fork() failed");
if (ret == 0) {
// fork() 会返回 0 给子进程，因此这里调用 child()
char *args[] = { "./a", NULL , NULL};
printf("I'm child! my pid is %d.\n", getpid());
execve("./a", args, NULL);
err(0, "exec() failed");
} else {
// fork() 会返回新创建的子进程的进程 ID（大于 1）给父进程，因此这里调用 parent()
parent(ret);
}
// 在正常运行时，不可能运行到这里
err(0, "shouldn't reach here");
}🚀🚀运行结果如下所示：
I'm parent! my pid is 5284 and the pid of my child is 5285.
I'm child! my pid is 5285.
my pid is 5285. // 与5285一样🚀🚀我们可以看到，exec调用的程序线程与子程序相同，说明只是覆盖了当前的程序。
🚗总结
🚀🚀其实说分析system()和exec()两个函数的区别，也就是分析fork和exec的区别，而他们之间的区别，简单一点来描述就是fork是复制，exec是覆盖。