1. 进程

Linux下一个进程在内存里有三部份的数据，就是“数据段”，“堆栈段”和“代码段”，其实学过汇编语言的人一定知道，一般的CPU象I386，都有上述三种段寄存器，以方便操作系统的运行。“代码段”，顾名思义，就是存放了程序代码的数据，假如机器中有数个进程运行相同的一个程序，那么它们就可以使用同一个代码段。堆栈段存放的就是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量。而数据段则存放程序的全局变量，常数以及动态数据分配的数据空间（比如用malloc之类的函数取得的空间）。这其中有许多细节问题，这里限于篇幅就不多介绍了。系统如果同时运行数个相同的程序，它们之间就不能使用同一个堆栈段和数据段。

1.1 一个fork例子

/*************************************************************************
  > File Name:    test_fork.c
  > Author:       basilguo@163.com
  > Created Time: Thu 03 Mar 2022 12:34:19 AM PST
  > Description:
 ************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
    pid_t fpid;
    int count = 0;
    fpid = fork();

    while (1)
    {
        if (fpid < 0)
            fprintf(stderr, "Error in fork!");
        else if (fpid == 0)
        {
            printf("I am the child process, fpid is %d, my process id is %d."
                    "my parent's pid is %d.\n",
                    fpid, getpid(), getppid());
            count ++;
        } else
        {
            printf("I am the parent process, fpid is %d, my process id is %d,"
                    "my parent's pid is %d.\n",
                    fpid, getpid(), getppid());
            count ++;
        }

        sleep(3);

        printf("count is %d.\n", count);

    }

    return 0;
}

$ ./test_fork
I am the parent process, fpid is 49367, my process id is 49366,my parent's pid is 47463.
I am the child process, fpid is 0, my process id is 49367.my parent's pid is 49366.
count is 1.
I am the child process, fpid is 0, my process id is 49367.my parent's pid is 49366.
count is 1.
I am the parent process, fpid is 49367, my process id is 49366,my parent's pid is 47463.
count is 2.
I am the child process, fpid is 0, my process id is 49367.my parent's pid is 49366.
count is 2.
I am the parent process, fpid is 49367, my process id is 49366,my parent's pid is 47463.
count is 3.
I am the parent process, fpid is 49367, my process id is 49366,my parent's pid is 47463.
count is 3.
I am the child process, fpid is 0, my process id is 49367.my parent's pid is 49366.
count is 4.
I am the parent process, fpid is 49367, my process id is 49366,my parent's pid is 47463.
count is 4.
I am the child process, fpid is 0, my process id is 49367.my parent's pid is 49366.
count is 5.
I am the parent process, fpid is 49367, my process id is 49366,my parent's pid is 47463.
count is 5.
I am the child process, fpid is 0, my process id is 49367.my parent's pid is 49366.
count is 6.
I am the parent process, fpid is 49367, my process id is 49366,my parent's pid is 47463.
count is 6.
...

1.2 解释

这个程序并不直观，让我们直接看进程吧。

$ ps -aux | grep test_fork
savax     49366  0.0  0.0   4516   800 pts/7    S+   00:54   0:00 ./test_fork
savax     49367  0.0  0.0   4516    68 pts/7    S+   00:54   0:00 ./test_fork

$ ps -aux | grep 47463
savax     47463  0.0  0.2  23328  5848 pts/7    Ss   Mar02   0:00 -bash

可以看到确实是创建了两个进程，然后两个进程交替执行，但是并不是严格同步的，可以看到并不是严格的交替。哪个进程先执行要看系统的进程调度策略。其中的count变量不是两个进程共用的，而是各用各的。

在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
在子进程中，fork返回0；
如果出现错误，fork返回一个负值。fork出错可能有两种原因：
1. 当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时errno的值被设置为EAGAIN。
2. 系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM。

getpid()可以获取当前进程号，而getppid()可以获取父进程号，所谓的47463编号其实是一个bash进程，这个bash进程就是我在执行test_fork这个程序的进程。

使用fork出来的子进程，继承了父进程的地址空间，打开的文件描述符等。如果想要fork 创建的子进程不继承父进程打开的文件描述符，可以在打开文件的时候，设置 FD_CLOSEXEC标志位，如果文件描述符中这个标志位置位，那么调用 exec 时会自动关闭对应的文件。

2. 一个进程如何来启动另一个程序的执行

在Linux中要使用exec类的函数，exec类的函数不止一个，但大致相同，在Linux中，它们分别是：execl，execlp，execle，execv，execve和execvp，下面我只以execlp为例，其它函数究竟与execlp有何区别，请通过man exec命令来了解它们的具体情况。

一个进程一旦调用exec类函数，它本身就“死亡”了，系统把代码段替换成新的程序的代码，废弃原有的数据段和堆栈段，并为新程序分配新的数据段与堆栈段，唯一留下的，就是进程号，也就是说，对系统而言，还是同一个进程，不过已经是另一个程序了。（不过exec类函数中有的还允许继承环境变量之类的信息。）

那么如果我的程序想启动另一程序的执行但自己仍想继续运行的话，怎么办呢？那就是结合fork与exec的使用。下面一段代码显示如何启动运行其它程序：

/*************************************************************************
  > File Name:    test_exec_fork.c
  > Author:       basilguo@163.com
  > Created Time: Thu 03 Mar 2022 01:07:24 AM PST
  > Description:
 ************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>

int main(void)
{
    char command[256];
    int ret;

    while (1)
    {
        printf(">>>");
        fgets(command, 256, stdin);
        command[strlen(command)-1] = '\0';

        if (fork() == 0)
        {
            execlp(command, command); // run by sub-process
            perror(command);
            exit(errno);
        }
        else
        {
            // wait for sub-process
            wait(&ret);
            printf("child process returns %d.\n", ret);
        }

    }
    return 0;
}

此程序从终端读入命令并执行之，执行完成后，父进程继续等待从终端读入命令。

另外，有一个更简单的执行其它程序的函数system，它是一个较高层的函数，实际上相当于在SHELL环境下执行一条命令，而exec类函数则是低层的系统调用。

使用fork

1. 进程

1.1 一个fork例子

1.2 解释

2. 一个进程如何来启动另一个程序的执行

参考文献