系统调用、shell 命令和程序

Question

我正在尝试了解程序、shell 命令和操作 系统工作。请原谅我的无知，因为我是新手。

当我在命令行上使用 C 编译器时，当我键入 cc [filename] ，我想外壳使用 fork() 系统调用来 复制它的进程，然后一个 exec() 系统调用将加载 cc 编译器可执行到子进程的核心映像中。然后 包含 cc 可执行文件的子进程将在 执行 shell 的父进程是否等待。对吗？

如 cp、mv、ls 等 shell 命令呢？这些是什么？ 它们是可执行程序，也将在新的环境中执行吗？ 由shell分叉的子进程？ shell脚本呢？假设我创建了一个简单的 shell 脚本 喜欢这个（请忽略我不知道该怎么做的任何错误 然而）：

echo "Hello" 

date

echo

cc -o test file1.c file2.c file3.c

然后我使用命令行执行这个脚本。将 命令行 fork() 一个新进程和 exec() 这个脚本在新的 过程？然后将这个包含脚本 fork() 的新进程 执行日期、cc编译器等的其他进程？？

我希望这听起来不会太令人困惑，因为我是 =/。

Answer 1

是的！你明白了。

当我在命令行上使用 C 编译器时，当我键入 cc [filename] 时，我认为 shell 使用 fork() 系统调用来复制其进程，然后 exec() 系统调用将加载 cc 编译器可执行到子进程的核心映像中。然后包含 cc 可执行文件的子进程将在执行 shell 的父进程等待或不等待时执行其操作。对吗？

没错。父进程（shell）在子进程的 PID 上调用wait() 并等待它退出。

如 cp、mv、ls 等 shell 命令呢？这些是什么？它们是可执行程序，也将在由 shell 派生的新子进程中执行吗？

同样的事情。这些是二进制文件，就像编译器一样，shell 为它们做同样的事情。

现在有些命令不是称为“内置”的外部二进制文件。这些是 shell 识别自己的命令，不需要调用外部二进制文件。为什么？

• 有些具有特殊语法，如if 和while，因此必须内置到shell 中。
• 一些，像cd 和read，改变shell 进程的状态，所以必须是内置的。 （外部二进制文件不可能更改 shell 的当前目录，因为分叉的进程只能更改自己的 PWD，而不是父进程的。）
• 其他的，如echo 和printf，可能是单独的二进制文件，恰好由shell 实现。

这是我通过输入 help 获得的 bash 内置函数的完整列表：

 job_spec [&]                                                          history [-c] [-d offset] [n] or history -anrw [filename] or histor>
 (( expression ))                                                      if COMMANDS; then COMMANDS; [ elif COMMANDS; then COMMANDS; ]... [>
 . filename [arguments]                                                jobs [-lnprs] [jobspec ...] or jobs -x command [args]
 :                                                                     kill [-s sigspec | -n signum | -sigspec] pid | jobspec ... or kill>
 [ arg... ]                                                            let arg [arg ...]
 [[ expression ]]                                                      local [option] name[=value] ...
 alias [-p] [name[=value] ... ]                                        logout [n]
 bg [job_spec ...]                                                     mapfile [-n count] [-O origin] [-s count] [-t] [-u fd] [-C callbac>
 bind [-lpvsPVS] [-m keymap] [-f filename] [-q name] [-u name] [-r k>  popd [-n] [+N | -N]
 break [n]                                                             printf [-v var] format [arguments]
 builtin [shell-builtin [arg ...]]                                     pushd [-n] [+N | -N | dir]
 caller [expr]                                                         pwd [-LP]
 case WORD in [PATTERN [| PATTERN]...) COMMANDS ;;]... esac            read [-ers] [-a array] [-d delim] [-i text] [-n nchars] [-N nchars>
 cd [-L|[-P [-e]]] [dir]                                               readarray [-n count] [-O origin] [-s count] [-t] [-u fd] [-C callb>
 command [-pVv] command [arg ...]                                      readonly [-aAf] [name[=value] ...] or readonly -p
 compgen [-abcdefgjksuv] [-o option]  [-A action] [-G globpat] [-W w>  return [n]
 complete [-abcdefgjksuv] [-pr] [-DE] [-o option] [-A action] [-G gl>  select NAME [in WORDS ... ;] do COMMANDS; done
 compopt [-o|+o option] [-DE] [name ...]                               set [-abefhkmnptuvxBCHP] [-o option-name] [--] [arg ...]
 continue [n]                                                          shift [n]
 coproc [NAME] command [redirections]                                  shopt [-pqsu] [-o] [optname ...]
 declare [-aAfFgilrtux] [-p] [name[=value] ...]                        source filename [arguments]
 dirs [-clpv] [+N] [-N]                                                suspend [-f]
 disown [-h] [-ar] [jobspec ...]                                       test [expr]
 echo [-neE] [arg ...]                                                 time [-p] pipeline
 enable [-a] [-dnps] [-f filename] [name ...]                          times
 eval [arg ...]                                                        trap [-lp] [[arg] signal_spec ...]
 exec [-cl] [-a name] [command [arguments ...]] [redirection ...]      true
 exit [n]                                                              type [-afptP] name [name ...]
 export [-fn] [name[=value] ...] or export -p                          typeset [-aAfFgilrtux] [-p] name[=value] ...
 false                                                                 ulimit [-SHacdefilmnpqrstuvx] [limit]
 fc [-e ename] [-lnr] [first] [last] or fc -s [pat=rep] [command]      umask [-p] [-S] [mode]
 fg [job_spec]                                                         unalias [-a] name [name ...]
 for NAME [in WORDS ... ] ; do COMMANDS; done                          unset [-f] [-v] [name ...]
 for (( exp1; exp2; exp3 )); do COMMANDS; done                         until COMMANDS; do COMMANDS; done
 function name { COMMANDS ; } or name () { COMMANDS ; }                variables - Names and meanings of some shell variables
 getopts optstring name [arg]                                          wait [id]
 hash [-lr] [-p pathname] [-dt] [name ...]                             while COMMANDS; do COMMANDS; done
 help [-dms] [pattern ...]                                             { COMMANDS ; }

除了内置函数，还有函数和别名。这些是无需创建单独的脚本/二进制文件即可定义新功能的方法。

uppercase() {
    tr '[:lower:]' '[:upper:]' <<< "$*"
}

alias ls='ls --color=auto -F'

函数和别名通常是为了方便或添加补充功能。

shell 脚本呢？ ...命令行会 fork() 一个新进程并 exec() 这个脚本在新进程中吗？然后这个包含脚本的新进程会不会 fork() 其他进程执行日期、cc 编译器等？？

是的，完全正确。当一个 shell 脚本运行时，父 shell 会派生一个子进程并且脚本在那里运行。脚本中的命令，因此分叉出这个子进程；它们是原始外壳的孙子。

Answer 2

当你执行一个 shellscript 时，它会 fork 并创建一个新的 shell，通过单独的 fork/exec 机制解释每个命令。但是，有一些 shell 内置函数，例如，即使 echo 在 /usr/bin 中作为可执行文件可用，它也可能内置在某些 shell 中。 cp 和 mv 确实是通过 fork/exec 机制执行的可执行文件。您可能错过的一件事是可执行文件需要位于您的 PATH 变量中包含的目录中。尝试将当前目录中的 hello world 代码可执行文件重命名为 ls 并将当前目录 (.) 指定为路径中的第一个目录。您还可以使用type 和which 命令了解可执行文件。