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Linux(十三）fork + exec进程创建

news 来源：原创 2025/9/21 7:47:06

一、进程创建

在了解进程创建的步骤前，让我们先通过实例观察一下。大家可以跟小编一起，在终端中执行3次ps -f命令，观察一下。

通过上图，我们可以发现，3次ps -f的父进程（PPID）都是一样的（图上为3520），又可以发现这个PPID和bash的PID是一样的；那我们得出结论；执行了3次ps -f，ps -f的父进程的ID都是一样的，即是bash。

实际上，Linux上这个bash就是不断的复制自身,然后把复制出来的用exec替换成想要执行的程序(比如ps);运行ps,发现ps是bash的一个子进程;原因就是bash把自己复制一份,然后替换成ps;

在这里，就会用到我们之前学习的写时拷贝技术了。那我们回顾一下写时拷贝技术的定义“就是fork的时候，子进程直接把父进程的页表复制过来，子进程发生写入(修改)的时候才分配内存复制，然后进行相应的页表修改”。

在替换这步就体现了写时拷贝的意义，如果全部都要替换，那么最开始的复制是没有意义的；注意,用了写时拷贝就只复制了几个页表的映射,内容还没有复制,然后执行了替换exec。（即下图）

通过上面的观察和推导，我们就可以了解到在Linux新的进程的产生过程（也就是进程创建）

fork：复制进程
exec 系列：将当前进程替换成另外一个进程

二、进程替换exec系列介绍

小编之前一直在和大家强调一定要学会使用帮助手册，现在就是大家可以查看帮助手册的时候啦！因为我们要学习一个新的知识啦！

man exec

我们可以发现，使用exec需要添加相应的头文件，且exec是一个系列，里面包含了6种库函数，在这里呢，小编只和大家学习前5个，因为最后一个execvpe不通用。大家也可以通过小编在图片上的标注，了解每个库函数的使用方法。

1、execl

我们通过代码来演示一下吧。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int main()
{printf("main pid =%d\n",getpid());execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);printf("hello!\n");printf("execl error!\n");exit(0);
}

在这里，我们要注意，原来的程序替换成了ps程序，但PCB没有改变，但是PCB里面的有些值被修改了，比如PCB中程序的名字换成了新的名字。（./main -> ps -f）

那大家和小编一起思考几个问题；

（1）新的进程从哪里执行？

新的进程从主函数的第一行开始执行,也就是ps程序的主函数的第一行代码开始执行,这
个和fork方法不一样,fork返回以后,从fork所在位置开始执行;所以可以直接在execl下面打印一个失败,如果成功就根本不会执行到这里;

所以，在上面的代码中就有了这两句

printf("hello!\n");

printf("execl error!\n");

（2）如果将execl里面的第二个参数改为"xxxy",程序还能否执行?

execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);

改为execl("/usr/bin/ps","xxxy","-f",(char*)0);

通过运行截图，我们可以发现可以正常运行，只是程序命令改为了xxxy

（3）如果将execl里面的第一个参数改为"xxxy",程序还能否执行?

execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);

改为execl("/usr/bin/xxxy","ps","-f",(char*)0);

我们通过运行截图可以发现，execl是没有成功执行的，因为打印了接下来的错误提示。

通过(2)(3)，我们就知道只要execl第一个参数不出错,第一个参数如果出错了,你就找不到这个程序了;那么就运行不成功了;

（4）去掉\n，会发生什么？

printf("main pid =%d\n",getpid());

改为 printf("main pid =%d",getpid());

（5）ps也是由ps.c编译为ps可执行程序的,同理cp也是;

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int main()
{printf("main pid =%d\n",getpid());execl("/usr/bin/cp","cp","yma.c","ymb.c",(char*)0);printf("execl error!\n");exit(0);
}

注意：在这里实现cp命令上的时候，大家可能会发现，直接执行./mian是运行不成功的。这是因为在代码里我们要将yma.c的内容复制到ymb.c里面，但在我们当前路径下是还没有创建yma.c的。

这也就是为什么在成功运行的截图里，小编会先使用cat > yma.c创建一个yma.c文件。

2、execlp

只给文件名,不需要给文件路径,因为它可以去环境变量PATH所指的位置去搜索;

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int main()
{printf("main pid =%d\n",getpid());//execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);execlp("ps","ps","-f",(char*)0);printf("hello!\n");printf("execlp error!\n");exit(0);
}

注意,第一句,虽然有两个ps,但是不能省,第一个代表我们启动的是ps(去环境变量下搜
索),第二个代表的是替换的程序也就是新程序的名字;

3、execle

和execl参数一样，只是多了最后一个环境变量；

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int main(int argc,char *argv[],char*envp[])
{printf("main pid =%d\n",getpid());//execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);//execlp("ps","ps","-f",(char*)0);execle("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0,envp);printf("hello!\n");printf("execle error!\n");exit(0);
}

4、execv

execv是把参数都放在了一个数组中，然后把这个数组传递进去即可；

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int main(int argc,char *argv[],char*envp[])
{printf("main pid =%d\n",getpid());//execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);//execlp("ps","ps","-f",(char*)0);//execle("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0,envp);char *myargv[]={"ps","-f",0};execv("/usr/bin/ps",myargv);printf("hello!\n");printf("execv error!\n");exit(0);
}

5、execvp

第一个参数只要文件名，不要路径；

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int main(int argc,char *argv[],char*envp[])
{printf("main pid =%d\n",getpid());//execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);//execlp("ps","ps","-f",(char*)0);//execle("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0,envp);char *myargv[]={"ps","-f",0};//execv("/usr/bin/ps",myargv);execvp("ps",myargv);printf("hello!\n");printf("execvp error!\n");exit(0);
}

6、execve（重点）

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int main(int argc,char *argv[],char*envp[])
{printf("main pid =%d\n",getpid());//execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);//execlp("ps","ps","-f",(char*)0);//execle("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0,envp);char *myargv[]={"ps","-f",0};//execv("/usr/bin/ps",myargv);//execvp("ps",myargv);execve("/usr/bin/ps",myargv,envp);printf("hello!\n");printf("execve error!\n");exit(0);
}

7、总结

助记：

l(list) 参数地址列表,以空指针结尾
v(vector) 存放各个参数地址的指针数组的地址
p(path) 按PATH环境变量指定的目录搜索可执行文件
e(enviroment) 存放环境变量字符地址的指针数组的地址

//pathname：新替换的程序的路径 + 名字

//arg：传给新程序主函数的第一个参数，一般为程序的名字

//arg后面是剩余参数列表，参数个数可变，必须以空指针作为最后一个参数（exec系列中包含l 的，eg:execl,execlp,execle）

int execl(const char* pathname, const char * arg, ...,(char *)0);

int execlp(const char* file, const char * arg, ...,(char *)0);

int execle(const char* pathname, const char * arg, ... ,(char *)0,char* const envp[ ]);

int execv(const char * pathname, char* const argv[ ]);

int execvp(const char * file, char* const argv[ ]);
int execve(const char * pathname, char* const argv[ ], char* const envp[ ]);

//前五个是库函数,最后一个是系统调用,所以本质上上面5个都是通过第6个系统调用实现的

也就是说,上面5个都是调用的execve，不过都是把参数放进数组，然后把数组传递给这个系统调用execve；也就是说，这些方法没有本质区别；也就是说，本质上只有一个替换方法，就是execve；注意,(char *)0写成(char*)NULL也是可以的;

三、进程替换的应用

写一个程序main.c，运行起来之后替换执行test程序（test打印参数内容）

//main.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int main(int argc,char *argv[],char*envp[])
{printf("main start and mainpid = %d\n",getpid());execl("./test","./test","a","b","c",(char*)0);perror("execl error!\n");printf("main end!\n");exit(0);
}

//test.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int main(int argc,char *argv[],char*envp[])
{printf("test start and test_pid = %d\n",getpid());for(int i=0;i<argc;i++){   printf("argv[%d]=%s\n",i,argv[i]);}   printf("test end!\n");exit(0);
}

四、进程创建示例

1、创建ps命令——execl的使用（结合fork 1）

exec系列单独是能使用的,但是没有多大意义.通常我们会结合fork一起使用;

fork+exec()是Linux上创建新进程的方式;

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<wait.h>int main()
{printf("main pid = %d,ppid = %d\n",getpid(),getppid());pid_t pid=fork();assert(pid!=1);if(pid==0){printf("child pid = %d,ppid = %d\n",getpid(),getppid());execl("/usr/bin/ps","ps","-f",NULL);printf("execl error!");exit(0);}   else{   wait(NULL);}   exit(0);
}

2、fork和exec联合使用创建一个全新的进程（结合fork 2）

当前主程序main通过fork复制产生一个子进程,子进程用新程序"newmain"替换自身；（newmain：打印参数内容和环境变量）

//main.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<wait.h>int main(int argc,char *argv[],char*envp[])
{printf("main pid = %d\n",getpid());pid_t pid=fork();assert(pid!=1);if(pid==0){char *myargv[]={"newmain","hello","abc","123",(char*)0};//创建自己的环境变量//char *myenvp[]={"MYSTR=hello","VAL=100",(char*)0};execve("./newmain",myargv,envp);//execve("./newmain",myargv,myenvp);perror("execl error!");exit(0);}   wait(NULL);printf("main over\n");exit(0);
}

//newmain.c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>int main(int argc,char *argv[],char *envp[])
{printf("newmain pid = %d\n",getpid());int i=0;printf("argc=%d\n",argc);for(;i<argc;i++){printf("argv[%d]=%s\n",i,argv[i]);}   for(i=0;envp[i]!=NULL;i++){printf("envp[%d]=%s\n",i,envp[i]);}   exit(0);
}

运行结果截图

【小编有话说】

本次内容就要结束啦，今天主要是和小伙伴们一起学习了进程的创建以及exec系列替换函数，大家一定要自己练习一下昂！！！

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