Process Creation, #1：由 shell 執行外部程式《基本觀念與範例》

jollen 發表於 December 31, 2006 8:14 PM

本系列專欄是「了解 ELF 動態時期行為」的前導專欄，建議您先行爬文「理解 dynamic loader 內部原理的幾個先備知識（下）：Kernel 端的議題」。

Shell 執行外部程式的觀念

在 2006 年的最後一天，就先來解說一下「下指令後、程式怎麼載入與執行」的觀念。首先，您必須知道並具備以下的 Linux 系統程式觀念：

1. fork() 系統呼叫：用來建立 child process。
2. exec 系列系統呼叫：以一個「外部程式」來取代自己（current process）的執行空間。
3. parent process、child process 與 Linux process tree。

了解以上三個主題後，就可以很容易理解「下指令後、程式怎麼載入與執行」的過程；這是很重要且基本的三個議題，若您不是很清楚這三個議題的觀念，可以查詢「Linux Systems Programming」的相關文件。

接下來，首先我們要知道的是，Linux 並沒有提供 "spawn" 的 system call；再來，shell 執行外部程式的做法是使用「spawn 版」的 fork() 實作。

好像又把大家搞胡塗了。所謂的「spawn 版的 fork()」，用對照的方式來說明會很清楚：

1. 真正的 spawn() 是「建立一個外部程式的 child process」；
2. 而 Linux 下討論的 fork() 則是「建立一個與父程序（parent process）完全相同的 process」。

也就是說，Linux 下的 fork() 是「non-spawn behavior」，因為他不會去跑一個外部程式，而是「複製 parent process 成為 child process」；那麼，要怎麼做出「spawn behavior」的 fork() 呢？方法很簡單：

1. 我們已經學過， exec 系列系統呼叫會以一個「外部程式」來取代 current process 的執行空間，所以不能在 parent process 裡叫用 exec system call 來跑外部程式；否則 parent process 會消失。
2. fork() 可以建立 child process，並且不讓 parent process 消失。
3. 所以，如果先 fork() 出 child process，再讓外部程式取代 child process，那麼就可以實作出「spawn style 的 fork()」了。

小結

Jollen 一開始就打算以邏輯思考（理論推演）的方式來介紹「觀念」，所以講了這麼多，希望不會造成您閱讀上的困擾。引用「書上寫的」應可以勝過以上的長篇大論：

Shell 執行外部程式的做法是先 fork 出自己的 child process，然後在 child process 裡使用 exec 系統呼叫外部程式，以執行外部程式。

很簡單的概念，只是記結論的話多少會少掉一些思考的樂趣。依此來看，邏輯上（Linux programming view）「可視 spawn 為 fork + exec」；實際上，若由 kernel view 來解讀，spawn 並不等於 fork + exec。

程式範例

看此範例需要知道 fork() 與 exec 系列函數的用法，您可參考「Linux Systems Programming」相關文件。

/*
 * Copyright(c) 2003,2004,2005,2006 www.jollen.org
 *
 * Spawn-style Linux fork().
 *
 * This file is GPLed.
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int spawn(char *prog, char **arg_list)
{
   pid_t child;

   child = fork();

   if (child != 0) {
      return child;
   } else {
      execvp(prog, arg_list);
      fprintf(stderr, "spawn error\n");
      return -1;
   }
}

int main()
{
   char *arg_list[] = {	
      "ls",  
      "-l",
      "/tmp",
      NULL };	

   spawn("ls", arg_list);

   return 0;
}

以上範例可由「http://tw.jollen.org/elf-programming/spawn_fork.c」下載。

Happy New Year ;-)

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