Linux系统使用fork命令创建子进程执行任务

本篇文章将使用fork命令为大家演示一下如何在Linux中创建子进程以及通过案例让大家更加清除的看到fork命令的具体使用方法。

fork 系统调用

要创建一个进程，最基本的系统调用是 fork：

 # include 
 pid_t fork(void);
 pid_t vfork(void);

调用 fork 时，系统将创建一个与当前进程相同的新进程。通常将原有的进程称为父进程，把新创建的进程称为子进程。子进程是父进程的一个拷贝，子进程获得同父进程相同的数据，但是同父进程使用不同的数据段和堆栈段。子进程从父进程继承大多数的属性，但是也修改一些属性，下表对比了父子进程间的属性差异：

下面是一个常见的演示 fork 工作原理的 demo(笔者的环境为 Ubuntu 16.04 desktop)：

 #include 
 #include 
 #include 
 #include 
 int main(void)
 {
  pid_t pid;
  char *message;
  int n;
  pid = fork();
  if(pid 
把上面的代码保存到文件 forkdemo.c 文件中，并执行下面的命令编译：
 $ gcc forkdemo.c -o forkdemo
然后运行编译出来的 forkdemo 程序：
 $ ./forkdemo

fork 函数的特点是 “调用一次，返回两次”：在父进程中调用一次，在父进程和子进程中各返回一次。在父进程中返回时的返回值为子进程的 PID，而在子进程中返回时的返回值为 0，并且返回后都将执行 fork 函数调用之后的语句。如果 fork 函数调用失败，则返回值为 -1。 我们细想会发现，fork 函数的返回值设计还是很高明的。在子进程中 fork 函数返回 0，那么子进程仍然可以调用 getpid 函数得到自己的 PID，也可以调用 getppid 函数得到父进程 PID。在父进程中用 getpid 函数可以得到自己的 PID，如果想得到子进程的PID，唯一的办法就是把 fork 函数的返回值记录下来。 注意：执行 forkdemo 程序时的输出是会发生变化的，可能先打印父进程的信息，也可能先打印子进程的信息。
vfork 系统调用
vfork 系统调用和 fork 系统调用的功能基本相同。vfork 系统调用创建的进程共享其父进程的内存地址空间，但是并不完全复制父进程的数据段，而是和父进程共享其数据段。为了防止父进程重写子进程需要的数据，父进程会被 vfork 调用阻塞，直到子进程退出或执行一个新的程序。由于调用 vfork 函数时父进程被挂起，所以如果我们使用 vfork 函数替换 forkdemo 中的 fork 函数，那么执行程序时输出信息的顺序就不会变化了。
使用 vfork 创建的子进程一般会通过 exec 族函数执行新的程序。接下来让我们先了解下 exec 族函数。
exec 族函数
使用 fork/vfork 创建子进程后执行的是和父进程相同的程序（但有可能执行不同的代码分支），子进程往往需要调用一个 exec 族函数以执行另外一个程序。当进程调用 exec 族函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的起始处开始执行。调用 exec 族函数并不创建新进程，所以调用 exec 族函数前后该进程的 PID 并不改变。
exec 族函数一共有六个：
 #include 
 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 execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
函数名字中带字母 “l” 的表示其参数个数不确定，带字母 “v” 的表示使用字符串数组指针 argv 指向参数列表。 函数名字中含有字母 “p” 的表示可以自动在环境变量 PATH 指定的路径中搜索要执行的程序。 函数名字中含有字母 “e” 的函数比其它函数多一个参数 envp。该参数是字符串数组指针，用于指定环境变量。调用这样的函数时，可以由用户自行设定子进程的环境变量，存放在参数 envp 所指向的字符串数组中。
事实上，只有 execve 是真正的系统调用，其它五个函数最终都调用 execve。这些函数之间的关系如下图所示(此图来自互联网)：

exec 族函数的特征：调用 exec 族函数会把新的程序装载到当前进程中。在调用过 exec 族函数后，进程中执行的代码就与之前完全不同了，所以 exec 函数调用之后的代码是不会被执行的。
在子进程中执行任务
下面让我们通过 vfork 和 execve 函数实现在子进程中执行 ls 命令：
 #include 
 #include 
 #include 
 #include 
 int main(void)
 {
  pid_t pid;
  if((pid=vfork()) 
把上面的代码保存到文件 subprocessdemo.c 文件中，并执行下面的命令编译：
 $ gcc subprocessdemo.c -o subprocessdemo
然后运行编译出来的 subprocessdemo程序：
 $ ./subprocessdemo

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