关于 fork 和 execve 系统调用

Question

据说fork系统调用创建一个调用进程的克隆，然后（通常）子进程会发出execve系统调用来改变其映像并运行新进程。为什么要这样做呢？

顺便问一句，execve代表什么？

- Pwn

Answer 1

两步的原因是为了灵活性。在这两个步骤之间，您可以修改子进程的上下文，新的exec'ed程序将继承该上下文。

您可能想要更改的一些内容包括：

• 文件描述符
• 用户/组ID
• 进程组和会话ID
• 当前目录
• 资源限制
• 调度优先级和亲和力
• 文件创建掩码（umask）

如果您没有拆分fork和exec，而是使用单个类似于spawn的系统调用，则需要为每个这些进程属性提供参数，如果您希望在子进程中对它们进行不同设置。例如，请参见Windows API中CreateProcess的参数列表。

通过fork/exec，在调用新的程序之前，您可以更改您想要的任何可继承进程属性。

设置文件描述符是更改子进程上下文中较常见的操作之一。如果您想捕获程序的输出，通常会使用pipe(2)系统调用在父进程中创建一个管道，在fork(2)之后，在父进程中关闭写端口，并在子进程中关闭读端口，然后调用execve(2)。（您还将使用dup(2)将管道的子端口设置为文件描述符1（标准输出））。这在单个系统调用中可能是不可能或受限制的。

- camh

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我想知道你所说的“如果你想在子进程中设置它们不同，它需要为每个进程属性接受参数”的意思。 - Tim

有没有一些示例代码来说明更改环境变量 w 和 w/o 分离 fork 和 exec 的灵活性，以显示哪种方法更灵活？ - Tim

@Tim：请参考http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms682425(v=vs.85).aspx，这是一个例子，可以看到该函数调用的参数列表并未涵盖上述所有内容。 - camh

spawn*函数的envp参数是否可以接受任何环境变量？它们是否像fork-exec一样灵活，比createprocess函数更灵活？为什么文章说“spawn函数虽然可以处理最常见的用例，但缺乏fork-exec的全部功能，因为在fork之后，任何进程设置都可能在exec之后被更改。然而，在大多数情况下，这种不足可以通过使用更低级别的CreateProcess API来弥补”？ - Tim

@Tim：这里的评论是用于评论，而不是提问。如果您有问题，请将其发布为问题。我的回答已经充分回答了原始问题，我认为不应该扩展到讨论Windows进程创建函数。 - camh

Answer 2

• exec：执行新进程
• v：使用参数数组
• e：同时指定环境变量

exec还有其他变体：

int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg,..., char * const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);

• l：函数的列表参数
• p：使用$PATH查找可执行文件

- 0x6adb015

Answer 3

每个步骤都相对简单。

在Unix中，你的进程有两个部分 - 一个只读的内存区域，包含应用程序代码（"文本"），以及读写的内存区域（"数据"）。

fork克隆了读写区域，保留文本页不变。现在你有两个运行同一代码的进程。它们通过寄存器值（来自fork的返回值）不同而不同，这将父进程和子进程分开。

exec替换了文本页，保留数据页不变。有许多形式的exec，取决于你传递多少环境信息给它。请参见http://linux.die.net/man/3/exec以获取其他变体的列表。

- S.Lott

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实际上，使用fork()函数你不可能犯任何错误，因为它没有任何参数。有什么比这更简单的呢？ - 0x6adb015

Umm，exec替换整个mm，而不仅仅是“text”...请参见/usr/src/linux/fs/exec.c和/usr/src/linux/fs/binfmt_elf.c。 - ephemient

通常情况下，fork不会克隆数据区域，而是将其标记为Copy-On-Write（COW）。如果父进程或子进程尝试更改数据，则页面将被克隆，并且父进程和子进程将拥有不同的页面。 - camh

Answer 4

“exec”函数族可以将当前进程（调用该函数的进程）的映像替换为新的进程映像，因此调用者的映像就被新的进程映像所代替。例如，如果您从shell（/bin/sh或/bin/csh）中运行“ls”命令，则shell会分叉出一个新进程，然后执行ls。一旦ls命令退出，它便会将控制返回到父进程，即在本示例中是shell。

如果没有分叉功能，那么shell将被“ls”进程所取代，而在执行完毕后，由于ls调用了exec以替换内存中的shell映像，您将无法访问终端。

有关“exec”系列的其他变体，请参阅0x6adb015的回答。

- aks

Answer 5

execve是什么意思？

C语言中的exec函数有6个变体，它们分别是exec{l,v}{,e,p}。详情请参见下面的函数原型。

命令行参数

• v - 命令行参数作为指针数组(vector)传递给函数。
• l - 命令行参数被单独传递(list)给函数。

环境变量(可选)

• e - 一个指向e环境变量的指针数组被显式地传递给新进程映像。

定位要执行的文件(可选)

• p - 使用PATH环境变量查找要执行的文件名中的文件参数。

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int execl (char const *path, char const *arg0, ...);
int execle(char const *path, char const *arg0, ..., char const *envp[]);
int execlp(char const *file, char const *arg0, ...);
int execv (char const *path, char const *argv[]);
int execve(char const *path, char const *argv[], char const *envp[]);
int execvp(char const *file, char const *argv[]);

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来源

- kgf3JfUtW