本文，主要介绍进程创建的几个接口，带领大家了解进程创建与控制过程。
fork 系统调用
如下，为一个fork调用基本示例：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> int main(int argc, char *argv) { int pid = -1; pid = getpid(); printf("hello world (pid:%d)\n", pid); int ret = -1; ret = fork(); if (ret < 0) { fprintf(stderr, "fork failed\n"); exit(1); } else if (ret == 0) { /* child: new process */ pid = getpid(); printf("hello, I am child (pid:%d)\n", pid); } else { /* parent process */ pid = getpid(); printf("hello, I am parent of %d (pid:%d)\n", ret, pid); } return 0; }
当这个程序运行时，首先输出hello world信息，以及自己的进程描述符（PID = 21281）。
紧接着进程掉调用了 fork() 系统调用，这是操作系统提供的创建进程的方法。新创建的进程几乎与调用进程完全一样，对于操作系统来说，这是看起来两个完全一样的程序在运行，并且都从fork系统调用返回。
新创建的进程称为子进程（child）、原来的进程称为父进程（parent），子进程不会从main函数开始执行，而是直接从fork系统调用返回，就好像它自己调用了fork()。父进程获得返回值是创建新进程的PID，而子进程获得返回值是0.
子进程并不是完全拷贝父进程。虽然它拥有自己的地址空间、寄存器、程序寄存器等，但是它从fork()返回值是不同的。
注意：子进程被创建后，它们的输出先后是随机的，这涉及到CPU调度，决定了哪个时刻该运行哪个程序。
wait 系统调用
fork()系统调用，只是创建了一个子进程，其他什么也没做。有时候，我们需要父进程等待子进程执行完毕。这项任务由wait()系统调用（或者更完整的兄弟接口waitpid()）完成。
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/wait.h> int main(int argc, char *argv) { int pid = -1; pid = getpid(); printf("hello world (pid:%d)\n", pid); int ret = -1; ret = fork(); if (ret < 0) { fprintf(stderr, "fork failed\n"); exit(1); } else if (ret == 0) { /* child: new process */ pid = getpid(); printf("hello, I am child (pid:%d)\n", pid); } else { /* parent process */ int wc = wait(NULL); pid = getpid(); printf("hello, I am parent of %d (wc:%d) (pid:%d)\n", ret,wc, pid); } return 0; }
在这个例子中，父进程调用wait()，延迟自己的执行，直到子进程执行完毕。当子进程完结束后，wait()才返回父进程。
exec 系统调用
exec() 系统调用，它也是创建进程API的一个重要组成部分。这个系统调用可以让子进程执行与父进程不同的程序。（exec有几种变体，execl、execle、execlp、execv和execvp）
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/wait.h> int main(int argc, char *argv) { int pid = -1; pid = getpid(); printf("hello world (pid:%d)\n", pid); int ret = -1; ret = fork(); if (ret < 0) { fprintf(stderr, "fork failed\n"); exit(1); } else if (ret == 0) { /*child: new process*/ pid = getpid(); printf("hello, I am child (pid:%d)\n", pid); char *myargs[3]; myargs[0] = strdup("wc"); /* program: wc (word count) */ myargs[1] = strdup("exec.c");/* argumnt: file count*/ myargs[2] = NULL; /* marks end of array*/ execvp(myargs[0], myargs); /* runs word count */ printf("this is shouldn't print out"); } else { /* parent process */ int wc = wait(NULL); pid = getpid(); printf("hello, I am parent of %d (wc:%d) (pid:%d)\n", ret,wc, pid); } return 0; }
在这个例子中，子进程调用execvp()来运行字符计数程序wc。实际上，它针对源码文件 exec.c 运行wc，从而告诉我们该文件有多少行，多少单词，以及多少字节。
exec调用，对于给定可执行程序的名称（如wc）以及需要的参数后，就会从可执行程序中加载代码和静态数据，并用它覆写自己的代码段（以及静态数据），堆、栈及其他内存空间也会被重新初始化。然后操作系统就执行该程序，将参数通过argv传递给进程。
注：想象一下，可执行程序的加载，是不是很像？
因此，它并没有创建新的进程，而是直接将当前运行的程序（以前的a.out）替换为不同的运行程序（wc）。
子进程执行exec()后，几乎就像exec.c 从未运行过一样。对exec的成功调用永远也不会返回。
为什么要这样设计API？
事实证明，这种分离fork()以及exec()的做法在构建UNIX shell的时候非常有用，因为这给了 shell 在fork 之后 exec 之前运行代码的机会，这些代码可以在运行新程序前改变环境。
shell 也是一个用户程序。它首先是一个显示提示符（prompt），然后等待用户输入。你可以向它输入命令（一个可执行程序的名称及参数），大多数情况下，shell 可以在文件系统中找到这个程序，调用fork()创建新进程，并调用exec()的某个变体来执行这个可执行程序，调用wait()等待该命令的完成。子进程执行结束后，shell 从wait()返回并再次输出提示符，等待用户输入下一个命令。
fork() 和 exec()的分离，让shell 可以方便地实现很多有用的功能。比如：
/* 将输出结果重定向到 newfile.txt*/ wc exec.c > newfile.txt
- 创建子进程。
- shell 在调用 exec() 之前，关闭了标准输出，打开了文件 newfile.txt
- 然后将结果写到 newfile.txt.
如下展示了重定向的基本原理：
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <sys/wait.h> #include <fcntl.h> int main(int argc, char *argv) { int pid = -1; pid = getpid(); printf("hello world (pid:%d)\n", pid); int ret = -1; ret = fork(); if (ret < 0) { fprintf(stderr, "fork failed\n"); exit(1); } else if (ret == 0) { /*child: new process*/ /*pid = getpid();*/ /*printf("hello, I am child (pid:%d)\n", pid);*/ close(STDOUT_FILENO); open("./redirect.output", O_CREAT | O_WRONLY | O_TRUNC, S_IRWXU); // now exec wc char *myargs[3]; myargs[0] = strdup("wc"); /* program: wc (word count) */ myargs[1] = strdup("redirect.c"); myargs[2] = NULL; execvp(myargs[0], myargs); } else { /* parent process */ int wc = wait(NULL); //pid = getpid(); // printf("hello, I am parent of %d (wc:%d) (pid:%d)\n", ret,wc, pid); } return 0; }
UNIX 系统从0 开始寻找可以使用的文件描述符。在这个例子中，STDOUT_FILENO将成为第一个可用的文件描述符。因此在OPEN()被调用时，得到赋值，然后子进程向标准输出文件的写入（例如printf()这样的函数），都会被透明转向新打开的文件，而不少屏幕。
总结
本文只是从较高层面简单介绍了进程API，关于这些系统调用的细节，需要深入学习可了解。另外，除了fork()、exec()、wait()之外，在UNIX中还有其他许多与进程交互的方式。
