进程控制块

在Linux中，每个进程在内核中都有一个进程控制块（PCB）来维护进程相关的信息，它通常包含如下信息：

• 进程id。系统中每个进程有唯一的id，在C语言中用pid_t类型表示，其实就是一个非负整数。
• 进程的状态，有运行、挂起、停止、僵尸等状态。
• 进程切换时需要保存和恢复的一些CPU寄存器。
• 描述虚拟地址空间的信息。
• 描述控制终端的信息。
• 当前工作目录（Current Working Directory）。
• umask掩码。
• 文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针。
• 和信号相关的信息。
• 用户id和组id。
• 控制终端、Session和进程组。
• 进程可以使用的资源上限（Resource Limit）。

fork和exec

fork的作用是根据一个现有的进程复制出一个新进程，原来的进程称为父进程（Parent Process），新进程称为子进程（Child Process）。

系统中同时运行着很多进程，这些进程都是从最初只有一个进程开始一个一个复制出来的。在Shell下输入命令可以运行一个程序，是因为Shell进程在读取用户输入的命令之后会调用fork复制出一个新的Shell进程，然后新的Shell进程调用exec执行新的程序。

一个程序可以多次加载到内存，成为同时运行的多个进程，例如可以同时开多个终端窗口运行/bin/bash，另一方面，一个进程在调用exec前后也可以分别执行两个不同的程序，例如在Shell提示符下输入命令ls，首先fork创建子进程，这时子进程仍在执行/bin/bash程序，然后子进程调用exec执行新的程序/bin/ls，如下图所示。

fork函数

fork函数的声明如下：

pid_t fork(void);

当fork复制进程失败时，会返回-1；当复制进程成功时，由于复制出来的进程只执行fork函数之后的代码。虽然父进程和子进程都会执行后续的代码，但可以通过fork的返回值加以区分，一个简单的示例如下：

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(void)

{

    pid_t pid;

    char *message;

    int n;

    pid = fork();

    if (pid < 0) {

        perror("fork failed");

        exit(1);

    }

    if (pid == 0) {

        message = "This is the child\n";

        n = 6;

    } else {

        message = "This is the parent\n";

        n = 3;

    }

    for(; n > 0; n--) {

        printf(message);

        sleep(1);

    }

    return 0;

}

fork对父进程返回子进程的ID，对子进程返回0，因此可以通过返回值来区分是父进程还是子进程。

这样设计是有道理的，虽然子进程无法通过返回值获取进程ID，但可以通过getpid函数得到自己的进程id，也可以调用getppid函数得到父进程的id。在父进程中用getpid可以得到自己的进程id，然而要想得到子进程的id，只有将fork的返回值记录下来，别无它法。

根据返回值区分进程后，既可以指定他们的流程了，上例中他们的流程分别如下：

exec函数

用fork创建子进程后执行的是和父进程相同的程序，子进程也可以通过exec函数执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，该进程的用户空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执行。功能上类似C的system函数。

一个示例如下：

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

int main(void)

{

    execlp("ps", "ps", "-o", "pid,ppid,pgrp,session,tpgid,comm", NULL);

    perror("exec ps");

    exit(1);

}