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[z]linux 进程的基本概念和exec与重定向的使用

已有 2041 次阅读| 2013-6-20 14:56 |个人分类:linux

前言：作者从脚本执行副本的创立出发，讨论了，其中隐含的有关于linux进程的概念：

什么是进程，linux的进程的特点，创建的方式，以及和线程的区别概念

exec创建进程的优点是什么？

在下面的文章里，我做了一点点修订工作，希望对大家有利

1 从bash命令引发的思考：

exec和source都属于bash内部命令（builtins commands），在bash下输入man exec或man source可以查看所有的内部命令信息。

bash shell的命令分为两类：外部命令和内部命令。

外部命令是通过系统调用或独立的程序实现的，如sed、awk等等。内部命令是由特殊的文件格式（.def）所实现，如cd、history、exec等等。

在说明exe和source的区别之前，先说明一下fork的概念。

fork是linux的系统调用，用来创建子进程（child process）。子进程是父进程(parent process)的一个副本，从父进程那里获得一定的资源分配以及继承父进程的环境。子进程与父进程唯一不同的地方在于pid（process id）。

环境变量（传给子进程的变量，遗传性是本地变量和环境变量的根本区别）只能单向从父进程传给子进程。不管子进程的环境变量如何变化，都不会影响父进程的环境变量。

shell script.:

有两种方法执行shell scripts，一种是新产生一个shell，然后执行相应的shell scripts；一种是在当前shell下执行，不再启用其他shell。

新产生一个shell然后再执行scripts的方法是在scripts文件开头加入以下语句

#!/bin/sh

一般的script文件(.sh)即是这种用法。这种方法先启用新的sub-shell（新的子进程）,然后在其下执行命令。

另外一种方法就是上面说过的source命令，不再产生新的shell，而在当前shell下执行一切命令。

source:

source命令即点(.)命令。【也就是当前的意思】

在bash下输入man source，找到source命令解释处，可以看到解释”Read and execute commands from filename in the current shell environment and …”。

从中可以知道，source命令是在当前进程中执行参数文件中的各个命令，而不是另起子进程(或sub-shell)。

exec:

在bash下输入man exec，找到exec命令解释处，可以看到有”No new process is created.”这样的解释，这就是说exec命令不产生新的子进程。

那么exec与source的区别是什么呢？

exec命令在执行时会把当前的shell process关闭，然后换到后面的命令继续执行。

系统调用exec

1. 系统调用exec是以新的进程去代替原来的进程，但进程的PID保持不变。因此，可以这样认为，exec系统调用并没有创建新的进程，只是替换了原来进程上下文的内容。原进程的代码段，数据段，堆栈段被新的进程所代替。

一个进程主要包括以下几个方面的内容:

(1)一个可以执行的程序

(2) 与进程相关联的全部数据(包括变量，内存，缓冲区)

(3)程序上下文(程序计数器PC,保存程序执行的位置)

2. exec是一个函数簇，由6个函数组成，分别是以excl和execv打头的。

执行exec系统调用，一般都是这样，用fork()函数新建立一个进程，然后让进程去执行exec调用。我们知道，在fork()建立新进程之后，父进各与子进程共享代码段，但数据空间是分开的，但父进程会把自己数据空间的内容copy到子进程中去，还有上下文也会copy到子进程中去。而为了提高效率，采用一种写时copy的策略，即创建子进程的时候，并不copy父进程的地址空间，父子进程拥有共同的地址空间，只有当子进程需要写入数据时(如向缓冲区写入数据),这时候会复制地址空间，复制缓冲区到子进程中去。从而父子进程拥有独立的地址空间。而对于fork()之后执行exec后，这种策略能够很好的提高效率，如果一开始就copy,那么exec之后，子进程的数据会被放弃，被新的进程所代替。

3. exec与system的区别

(1) exec是直接用新的进程去代替原来的程序运行，运行完毕之后不回到原先的程序中去。

(2) system是调用shell执行你的命令，system=fork+exec+waitpid,执行完毕之后，回到原先的程序中去。继续执行下面的部分。

总之，如果你用exec调用，首先应该fork一个新的进程，然后exec. 而system不需要你fork新进程，已经封装好了。

exec I/O重定向详解及应用实例

1、基本概念（这是理解后面的知识的前提，请务必理解）

a、 I/O重定向通常与 FD（file descriptor）有关，shell的FD通常为10个，即 0～9；

b、常用FD有3个，为0（stdin，标准输入）、1（stdout，标准输出）、2（stderr，标准错误输出），默认与keyboard、monitor、monitor有关；

c、用来改变送出的数据信道(stdout, stderr)，使之输出到指定的档案；

e、 0 是与 1> 是一样的；

f、在IO重定向中，stdout 与 stderr 的管道会先准备好，才会从 stdin 读进资料；

g、管道“|”(pipe line):上一个命令的 stdout 接到下一个命令的 stdin;

h、 tee 命令是在不影响原本 I/O 的情况下，将 stdout 复制一份到档案去;

i、 bash（ksh）执行命令的过程：分析命令－变量求值－命令替代（``和$( )）－重定向－通配符展开－确定路径－执行命令；

j、 ( ) 将 command group 置于 sub-shell 去执行，也称 nested sub-shell，它有一点非常重要的特性是：继承父shell的Standard input, output, and error plus any other open file descriptors。

k、 exec 命令：常用来替代当前 shell 并重新启动一个 shell，换句话说，并没有启动子 shell。使用这一命令时任何现有环境都将会被清除。exec 在对文件描述符进行操作的时候，也只有在这时，exec 不会覆盖你当前的 shell 环境。

2、cmd &n 使用系统调用 dup (2) 复制文件描述符 n 并把结果用作标准输出

&- 关闭标准输出

n&- 表示将 n 号输出关闭

上述所有形式都可以前导一个数字，此时建立的文件描述符由这个数字指定而不是缺省的 0 或 1。如：

... 2>file 运行一个命令并把错误输出(文件描述符 2)定向到 file。

... 2>&1 运行一个命令并把它的标准输出和输出合并。(严格的说是通过复制文件描述符 1 来建立文件描述符 2 ，但效果通常是合并了两个流。)

我们对 2>&1详细说明一下：2>&1 也就是 FD2＝FD1 ，这里并不是说FD2 的值等于FD1的值，因为 > 是改变送出的数据信道，也就是说把 FD2 的 “数据输出通道” 改为 FD1 的 “数据输出通道”。如果仅仅这样，这个改变好像没有什么作用，因为 FD2 的默认输出和 FD1的默认输出本来都是 monitor，一样的！

但是，当 FD1 是其他文件，甚至是其他 FD 时，这个就具有特殊的用途了。请大家务必理解这一点。

3、如果 stdin, stdout, stderr 进行了重定向或关闭, 但没有保存原来的 FD, 可以将其恢复到 default 状态吗?

*** 如果关闭了stdin，因为会导致退出，那肯定不能恢复。

*** 如果重定向或关闭 stdout和stderr其中之一，可以恢复，因为他们默认均是送往monitor（但不知会否有其他影响）。如恢复重定向或关闭的 stdout： exec 1>&2 ，恢复重定向或关闭的stderr：exec 2>&1。

*** 如果stdout和stderr全部都关闭了，又没有保存原来的FD，可以用：exec 1>/dev/tty 恢复。

4、 cmd >a 2>a 和 cmd >a 2>&1 为什么不同？【cmd是你写的linux command or utlility】

cmd >a 2>a ：stdout和stderr都直接送往文件 a ，a文件会被打开两遍，由此导致stdout和stderr互相覆盖。

cmd >a 2>&1 ：stdout直接送往文件a ，stderr是继承了FD1的管道之后，再被送往文件a 。a文件只被打开一遍，就是FD1将其打开。

我想：他们的不同点在于：

cmd >a 2>a 相当于使用了两个互相竞争使用文件a的管道；

而cmd >a 2>&1 只使用了一个管道，但在其源头已经包括了stdout和stderr。

从IO效率上来讲，cmd >a 2>&1的效率应该更高！