Como funcionam o fork e o exec?

Não tenho muita experiência, apenas tentando me envolver nos processos, como eles interpretam o hardware no nível do usuário.

Portanto, quando um comando é acionado a partir de um shell, fork()herda um processo filho e exec()carrega o processo filho na memória e é executado.

1. Se o processo filho contiver todos os atributos do processo pai (que é o processo original), qual é a necessidade desse processo filho? O processo original também pode ter sido carregado na memória.
2. Isso forke execconceito se aplicam a todo o programa executável no UNIX? Como para o shell script também ou apenas para comandos? Também se aplica a comandos internos do shell?
3. Quando a cópia na gravação é usada se eu executar um comando / script?

Desculpe por fazer muitas perguntas ao mesmo tempo, mas todas essas perguntas vêm à minha mente ao pensar em qualquer execução de comando.

Portanto, quando um comando é acionado a partir de um shell, o fork () herda um processo filho e o exec () carrega o processo filho na memória e é executado.

Não é bem assim. fork()clona o processo atual, criando um filho idêntico. exec()carrega um novo programa no processo atual, substituindo o existente.

Meu qs é:

Se o processo filho contiver todos os atributos do processo pai (que é o processo original), qual é a necessidade desse processo filho? O processo original também pode ter sido carregado na memória.

A necessidade é porque o processo pai ainda não deseja finalizar; ele quer que um novo processo seja executado e faça algo ao mesmo tempo em que continua sendo executado.

Esse conceito de fork e exec se aplica a todo o programa executável no UNIX, como também para scripts de shell ou apenas para comandos? Também se aplica a comandos internos do shell?

Para comandos externos, o shell faz fork()isso para que o comando seja executado em um novo processo. Builtins são apenas executados diretamente pelo shell. Outro comando notável é o execque informa o shell ao exec()programa externo sem primeiro fork(). Isso significa que o próprio shell é substituído pelo novo programa e, portanto, não está mais lá para que o programa retorne quando sair. Se você diz, exec truee depois /bin/trueirá substituir o seu shell, e imediatamente saída, não deixando nada em execução no seu terminal mais, então ele será fechado.

quando copiar no conceito de gravação é usado se eu executar um comando / script?

Na era da pedra, fork()na verdade , era necessário copiar toda a memória do processo de chamada para o novo processo. Copy on Write é uma otimização em que as tabelas de páginas são configuradas para que os dois processos comecem a compartilhar toda a mesma memória e apenas as páginas que são gravadas por qualquer processo são copiadas quando necessário.

1. Para alguns programas, o processo filho faz uma coisa (ler de uma porta serial, gravar no terminal) e o processo pai continua a fazer outra coisa (ler do terminal, gravar na porta serial). Outro exemplo clássico é que o processo filho faz um ponto de verificação de qualquer cálculo de execução demorada. Principalmente, o processo filho faz algumas configurações, como alterar o diretório, redefinir os manipuladores de sinal ou redefinir os descritores de arquivo e depois chama execve()para se sobrepor a um código diferente.
2. fork()e se exec()aplicam a todos os executáveis ​​- de fato, junto com argc e argv, e pipes, fork e exec são o que diferenciam o Unix de outros sistemas operacionais. fork()Existem algumas especializações ou generalizações de existem, como BSD vfork(), Plan 9 rfork()e Linux ' clone(), mas o principal permanece o mesmo.
3. "copiar na gravação" não aparece realmente para o usuário, é mais uma técnica para otimizar a criação de um processo filho e durante sua execução. A pilha de chamadas e a pilha (memória alocada com malloc(), ou mesmo variáveis ​​de escopo estáticas ou globais) podem ser "cópia na gravação". Quando um processo filho é criado com umfork()Na chamada, o kernel configuraria o processo filho para ter exatamente as mesmas páginas de memória que a pilha e a pilha que o processo pai. Se o hardware (unidade de gerenciamento de memória) detectar uma gravação do heap ou da pilha, o kernel obterá uma nova página física de memória, copiará a página do pai na nova página e mapeará essa nova página na pilha ou pilha do processo filho. Isso constitui uma otimização, pois o kernel gasta menos tempo configurando mapeamentos de página do que faria para copiar a pilha e o heap completamente para o processo filho.

Se o processo filho contiver todos os atributos do processo pai (que é o processo original), qual é a necessidade desse processo filho? O processo original também pode ter sido carregado na memória.

Esta pergunta é respondida de maneira ilustrativa, examinando as implementações mais antigas do Unix, que tinham que funcionar sob severas restrições de memória e tinham apenas um processo de execução no espaço de memória / endereço por vez.

A multitarefa foi obtida trocando um processo para disco e trocando um processo diferente.

Agora, a forkchamada do sistema era quase a mesma: ela trocou um processo para o disco, mas, em vez de trocar outro processo, deu à cópia na memória outro ID de processo e retornou a ele. E esse foi um momento oportuno para esse processo decidir apenas execpara outro executável, afinal.

fork+ execportanto, na verdade, não ocorreu uma sobrecarga perceptível sobre a desova: você tinha que trocar seu processo para o disco de qualquer maneira e tinha a imagem antiga do processo em locais de memória viáveis.

Com quantidades crescentes de unidades de gerenciamento de memória e memória disponíveis e vários processos na memória, o custo inicialmente insignificante de um garfo se tornou um incômodo para algumas arquiteturas: assim vforknasceu.

Para tornar isso o mais fácil de entender possível, usarei uma analogia. Vamos assar uma torta!

Pegamos o livro de receitas e começamos a ler e a preparar uma torta de ruibarbo com morango (a minha favorita), com uma crosta feita à mão. Quase tudo o que precisamos está na cozinha, exceto os ovos e as frutas, mas como vivemos em uma fazenda e as frutas estão na estação, isso não é um problema. o problema é que o forno está quebrado e não há tempo suficiente para fazer tudo. Não seria bom ter mais de um de mim?

fork () para o resgate. Agora há dois de mim. e nós dois vamos para a cozinha para começar a fazer a massa de torta. oops. Então, olhamos para o retorno do fork. Eu tenho um grande número que ele tem zero, então vou para a cozinha enquanto ele se dirige para o galinheiro e o jardim. Quando passo pelo forno, bifurco () novamente, observe o valor de retorno: que chatice, fiquei zero. Ele continua com a farinha enquanto eu encaro o forno quebrado. Abro a porta, sem luz, fecho a porta. Alguém sabe como consertar um forno?

exec () para o resgate. Pego o voltímetro no cinto de ferramentas, a lâmpada pode ser diagnóstica, então verifico a potência. enquanto caminho até o painel do disjuntor, vejo um colega colhendo ruibarbo. Que nojo! Eu prefiro torta de chocolate com seda.