当你在 Linux 上启动一个进程时会发生什么？

本文是关于 fork 和 exec 是如何在 Unix 上工作的。你或许已经知道，也有人还不知道。几年前当我了解到这些时，我惊叹不已。

-- Julia Evans

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◈ fork 和 exec

13%

◈ fork 和 exec 的代码实现

41%

◈ 上文提到的“脑子被吃掉”是什么意思呢？

59%

◈ 为何 fork 并非那么耗费资源（写入时复制）

71%

◈ 为什么你需要知道这么多

80%

编译自　|　https://jvns.ca/blog/2016/10/04/exec-will-eat-your-brain/

作者　|　Julia Evans

译者　|　jessie-pang

本文是关于 fork 和 exec 是如何在 Unix 上工作的。你或许已经知道，也有人还不知道。几年前当我了解到这些时，我惊叹不已。

我们要做的是启动一个进程。我们已经在博客上讨论了很多关于系统调用的问题，每当你启动一个进程或者打开一个文件，这都是一个系统调用。所以你可能会认为有这样的系统调用：

这是一个合理的想法，显然这是它在 DOS 或 Windows 中的工作原理。我想说的是，这并不是 Linux 上的工作原理。但是，我查阅了文档，确实有一个posix_spawn

[1]

的系统调用基本上是这样做的，不过这不在本文的讨论范围内。

fork 和 exec

Linux 上的 是通过两个系统调用实现的，分别是 和 （实际上是 ），这些都是人们常常使用的。尽管在 OS X 上，人们使用 ，而 和 是不提倡的，但我们将讨论的是 Linux。

Linux 中的每个进程都存在于“进程树”中。你可以通过运行 命令查看进程树。树的根是 ，进程号是 1。每个进程（ 除外）都有一个父进程，一个进程都可以有很多子进程。

所以，假设我要启动一个名为 的进程来列出一个目录。我是不是只要发起一个进程 就好了呢？不是的。

我要做的是，创建一个子进程，这个子进程是我（）本身的一个克隆，然后这个子进程的“脑子”被吃掉了，变成 。

开始是这样的：

然后运行 ，生成一个子进程，是我（）自己的一份克隆：

然后我让该子进程运行 ，变成这样：

当 ls 命令结束后，我几乎又变回了我自己：

在这时 其实是一个僵尸进程。这意味着它已经死了，但它还在等我，以防我需要检查它的返回值（使用 系统调用）。一旦我获得了它的返回值，我将再次恢复独自一人的状态。

fork 和 exec 的代码实现

如果你要编写一个 shell，这是你必须做的一个练习（这是一个非常有趣和有启发性的项目。Kamal 在 Github 上有一个很棒的研讨会：https://github.com/kamalmarhubi/shell-workshop）。

事实证明，有了 C 或 Python 的技能，你可以在几个小时内编写一个非常简单的 shell，像 bash 一样。（至少如果你旁边能有个人多少懂一点，如果没有的话用时会久一点。）我已经完成啦，真的很棒。

这就是 和 在程序中的实现。我写了一段 C 的伪代码。请记住，fork 也可能会失败哦。

[3]

上文提到的“脑子被吃掉”是什么意思呢？

进程有很多属性：

◈ 打开的文件（包括打开的网络连接）

◈ 环境变量

◈ 信号处理程序（在程序上运行 Ctrl + C 时会发生什么？）

◈ 内存（你的“地址空间”）

◈ 寄存器

◈ 可执行文件（）

◈ cgroups 和命名空间（与 Linux 容器相关）

◈ 当前的工作目录

◈ 运行程序的用户

◈ 其他我还没想到的

当你运行 并让另一个程序吃掉你的脑子的时候，实际上几乎所有东西都是相同的！ 你们有相同的环境变量、信号处理程序和打开的文件等等。

唯一改变的是，内存、寄存器以及正在运行的程序，这可是件大事。

为何 fork 并非那么耗费资源（写入时复制）

你可能会问：“如果我有一个使用了 2GB 内存的进程，这是否意味着每次我启动一个子进程，所有 2 GB 的内存都要被复制一次？这听起来要耗费很多资源！”

事实上，Linux 为 调用实现了写时复制copy on write，对于新进程的 2GB 内存来说，就像是“看看旧的进程就好了，是一样的！”。然后，当如果任一进程试图写入内存，此时系统才真正地复制一个内存的副本给该进程。如果两个进程的内存是相同的，就不需要复制了。

为什么你需要知道这么多

你可能会说，好吧，这些细节听起来很厉害，但为什么这么重要？关于信号处理程序或环境变量的细节会被继承吗？这对我的日常编程有什么实际影响呢？

有可能哦！比如说，在 Kamal 的博客上有一个很有意思的bug

[4]

。它讨论了 Python 如何使信号处理程序忽略了 。也就是说，如果你从 Python 里运行一个程序，默认情况下它会忽略 ！这意味着，程序从 Python 脚本和从 shell 启动的表现会有所不同。在这种情况下，它会造成一个奇怪的问题。

所以，你的程序的环境（环境变量、信号处理程序等）可能很重要，都是从父进程继承来的。知道这些，在调试时是很有用的。

via:https://jvns.ca/blog/2016/10/04/exec-will-eat-your-brain/

作者：Julia Evans

[6]

译者：jessie-pang校对：wxy

本文由LCTT原创编译，Linux中国荣誉推出

LCTT 译者

jessie-pang

共计翻译：3篇

贡献时间：10 天