linux執(zhí)行l(wèi)s會(huì)引起什么系統(tǒng)調(diào)用

這篇文章給大家分享的是有關(guān)linux執(zhí)行l(wèi)s會(huì)引起什么系統(tǒng)調(diào)用的內(nèi)容。小編覺得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，一起跟隨小編過來看看吧。

在linux中，執(zhí)行l(wèi)s會(huì)引起read和exec系統(tǒng)調(diào)用；執(zhí)行任何一個(gè)shell命令都會(huì)調(diào)用fork和exec，但是通過strace去查看ls引起的系統(tǒng)調(diào)用并沒有fork，ls命令要列出目錄下的文件，所以要調(diào)用read。

本教程操作環(huán)境：linux7.3系統(tǒng)、Dell G3電腦。

linux執(zhí)行l(wèi)s會(huì)引起什么系統(tǒng)調(diào)用

答案是read、exec系列

shell命令執(zhí)行機(jī)制就是 fork+exec， fork是分身，execve是變身。ls命令要列出目錄下的文件，所以read也會(huì)調(diào)用。

shell訪問Linux內(nèi)核就是通過fork和exec命令實(shí)現(xiàn)的，fork命令創(chuàng)建可以一個(gè)相同的線程出來。

通過strace去查看ls引起的系統(tǒng)調(diào)用，確實(shí)是沒有fork，但是因?yàn)閳?zhí)行任何一個(gè)shell命令都會(huì)調(diào)用fork

execve的變身就是創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，并用新的進(jìn)程去替換掉原來的進(jìn)程。

首先我們討論一下什么是系統(tǒng)調(diào)用（system calls）？
用戶借助UNIX/linux直接提供的少量函數(shù)可以對(duì)文件和設(shè)備進(jìn)行訪問和控制，這些函數(shù)就是系統(tǒng)調(diào)用[1]。

使用strace ls命令我們可以查看ls命令使用到的系統(tǒng)調(diào)用[2]，其中一部分輸出內(nèi)容如下:

open(".", O_RDONLY|O_NONBLOCK|O_LARGEFILE|O_DIRECTORY|O_CLOEXEC) = 3
getdents64(3, /* 68 entries */, 32768)  = 2240
getdents64(3, /* 0 entries */, 32768)   = 0
close(3)                                = 0

open系統(tǒng)調(diào)用打開當(dāng)前目錄文件，返回獲得的文件描述符?？梢钥吹皆撐募褂肙_RDONLY標(biāo)志打開。

只要該文件是用O_RDONLY或O_RDWR標(biāo)志打開的，就可以用read()系統(tǒng)調(diào)用從該文件中讀取字節(jié)[3]。

所以ls要用到read系統(tǒng)調(diào)用。除此之外，任何shell命令都會(huì)創(chuàng)建進(jìn)程，都會(huì)用到exec系統(tǒng)調(diào)用。

回過頭來梳理一下我們對(duì)于這些概念可能產(chǎn)生的疑惑：

1. 包括ls在內(nèi)，一個(gè)程序是如何運(yùn)行的？

2. open系統(tǒng)調(diào)用打開當(dāng)前目錄文件，返回獲得的文件描述符。那什么是文件描述符？

1 進(jìn)程是如何運(yùn)行的

每個(gè)運(yùn)行中的程序被稱為進(jìn)程[1]

Unix將進(jìn)程創(chuàng)建與加載一個(gè)新進(jìn)程映象分離。這樣的好處是有更多的余地對(duì)兩種操作進(jìn)行管理。當(dāng)我們創(chuàng)建了一個(gè)進(jìn)程之后，通常將子進(jìn)程替換成新的進(jìn)程映象。所以任何shell命令都會(huì)創(chuàng)建進(jìn)程，都會(huì)用到exec系統(tǒng)調(diào)用。
例如：在shell命令行執(zhí)行ps命令，實(shí)際上是shell進(jìn)程調(diào)用fork復(fù)制一個(gè)新的子進(jìn)程，在利用exec系統(tǒng)調(diào)用將新產(chǎn)生的子進(jìn)程完全替換成ps進(jìn)程。

用exec函數(shù)可以把當(dāng)前進(jìn)程替換為一個(gè)新進(jìn)程，且新進(jìn)程與原進(jìn)程有相同的PID。exec名下是由多個(gè)關(guān)聯(lián)函數(shù)組成的一個(gè)完整系列[4]

調(diào)用fork創(chuàng)建新進(jìn)程后，父進(jìn)程與子進(jìn)程幾乎一模一樣[1，p398]。

fork是一個(gè)UNIX術(shù)語，當(dāng)fork一個(gè)進(jìn)程（一個(gè)運(yùn)行中的程序）時(shí)，基本上是復(fù)制了它，并且fork后的兩個(gè)進(jìn)程都從當(dāng)前執(zhí)行點(diǎn)繼續(xù)運(yùn)行，并且每個(gè)進(jìn)程都有自己的內(nèi)存副本。

原進(jìn)程是父進(jìn)程，新進(jìn)程是子進(jìn)程。可以通過fork()返回值區(qū)分。

父進(jìn)程中fork調(diào)用返回的是新的子進(jìn)程的pid（process id），而子進(jìn)程中fork調(diào)用返回的是0

舉個(gè)例子:

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#define LEN 10
int main()
{
    pid_t id=getpid();
    printf("Main pid: %d \n",id);
	int i;
	pid_t res=fork();
	if(res==0)
	{
	  for(i =0;i<LEN;i++) 
	  {
		pid_t id1=getpid();
		printf("%d ",id1);
		printf("Child process:%d\n",i);
	  }
	}
	else
	{
	  printf("res %d\n",res);
	  for(i=0;i<LEN;i++) 
	  {
		pid_t  id2=getpid();
		printf("%d ",id2);
		printf("parent process:%d\n",i);
	  }
	}

	printf("THE END\n");
	 return 0;
}

/*output
Main pid: 10965 
res 10966
10965 parent process:0
10965 parent process:1
10965 parent process:2
10965 parent process:3
10965 parent process:4
10965 parent process:5
10965 parent process:6
10965 parent process:7
10965 parent process:8
10965 parent process:9
10966 Child process:0
10966 Child process:1
THE END
10966 Child process:2
10966 Child process:3
10966 Child process:4
10966 Child process:5
10966 Child process:6
10966 Child process:7
10966 Child process:8
10966 Child process:9
THE END
*/

如果想要程序啟動(dòng)另一程序的執(zhí)行但自己仍想繼續(xù)運(yùn)行的話，怎么辦呢？那就是結(jié)合fork與exec的使用[6][1, p397]

舉個(gè)例子(修改自[6])：

#include<string.h>
 #include <errno.h>
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
#include<unistd.h>
 
 char command[256];
 void main()
 {
    int rtn; /*子進(jìn)程的返回?cái)?shù)值*/
    while(1) {
       /* 從終端讀取要執(zhí)行的命令 */
       printf( ">" );
       fgets( command, 256, stdin );
       command[strlen(command)-1] = 0;
       if ( fork() == 0 ) {/* 子進(jìn)程執(zhí)行此命令 */
          execlp( command, NULL );
          /* 如果exec函數(shù)返回，表明沒有正常執(zhí)行命令，打印錯(cuò)誤信息*/
          perror( command );
          exit( errno );
       }
       else {/* 父進(jìn)程， 等待子進(jìn)程結(jié)束，并打印子進(jìn)程的返回值 */
          pid_t sonid=wait ( &rtn );
          printf(" child pid: %d\n",sonid);
          printf( " child process return %d\n", rtn );
       }
   }
}

/*output:錯(cuò)誤命令、需要參數(shù)命令、正確命令
>aa
aa: No such file or directory
 child pid: 11230
 child process return 512
>echo
A NULL argv[0] was passed through an exec system call.
 child pid: 11231
 child process return 134
>ps
 child pid: 11247
 child process return 139
*/

先fork，然后子進(jìn)程借助exec調(diào)用程序command。對(duì)錯(cuò)誤命令、需要參數(shù)的命令、以及不需要參數(shù)的命令給出對(duì)應(yīng)的輸出。

2 文件描述符（file descripter，fd）

一切設(shè)備都可以看作文件。

對(duì)內(nèi)核而言，所有打開的文件都通過文件描述符引用[7]。文件描述符是非負(fù)整數(shù)，范圍是[0,OPEN_MAX -1]。現(xiàn)在OPEN_MAX 一般為64

但是[7]又說對(duì)于FreeBSD 8.0，Linux 3.2.0 ，Mac OS X 10.6.8等， fd變化范圍幾乎無限，只受到存儲(chǔ)器數(shù)量、int字長以及系統(tǒng)管理員所配置的軟限制和硬限制的約束。。。why？

當(dāng)open或者create一個(gè)新文件時(shí)，內(nèi)核向進(jìn)程返回一個(gè)文件描述符。

當(dāng)讀、寫一個(gè)文件時(shí)，使用open或create返回的文件描述符標(biāo)識(shí)該文件，將其作為參數(shù)傳送給read / write

按照慣例，fd為0 / 1 / 2分別關(guān)聯(lián)STDIN_FILENO / STDOUT_FILENO / STDERR_FILENO。這些常量也定義在unistd.h.

3 系統(tǒng)調(diào)用包含在哪些頭文件中呢？

包括exec、fork、read、write在內(nèi)，許多系統(tǒng)調(diào)用包含在unistd.h頭文件中

POSIX,Portable Operating System Interface。是UNIX系統(tǒng)的一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),很多類UNIX系統(tǒng)也在支持兼容這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),如Linux。
unistd.h是POSIX標(biāo)準(zhǔn)定義的unix類系統(tǒng)定義符號(hào)常量的頭文件，包含了許多UNIX系統(tǒng)服務(wù)的函數(shù)原型[5]。在該頭文件，用于訪問設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的底層函數(shù)（系統(tǒng)調(diào)用）有這五個(gè)：open/close/read/write/ioctl[1]。

4 文件I/O

[7]中提到大多數(shù)文件I/O用到的5個(gè)函數(shù)為：open/read/write/lseek/close

4.1 函數(shù)read

調(diào)用read函數(shù)從打開文件中讀數(shù)據(jù)。

#include<unistd.h>
ssize_t read(int filedes, void *buf, size_t nbytes);

返回值：

成功，讀出的字節(jié)數(shù)；

失敗，-1；

遇到文件尾，0

有多種情況可使實(shí)際讀到的字節(jié)數(shù)少于要求讀的字節(jié)數(shù)：

• 讀普通文件時(shí)，在讀到要求字節(jié)數(shù)之前已經(jīng)到達(dá)了文件尾端。

例如，若在到達(dá)文件尾端之前還有30個(gè)字節(jié)，而要求讀100個(gè)字節(jié)，則read返回30，下一次再調(diào)用read時(shí)，它將回0。

• 當(dāng)從終端設(shè)備讀時(shí)，通常一次最多讀一行

• 當(dāng)從網(wǎng)絡(luò)讀時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的緩沖機(jī)構(gòu)可能造成返回值小于所要求讀的字節(jié)數(shù)。

• 當(dāng)從管道或FIFO讀時(shí)，如若管道包含的字節(jié)少于所需的數(shù)量，那么read將只返回實(shí)際可用的字節(jié)數(shù)。

• 當(dāng)從某些面向記錄的設(shè)備（例如磁盤）讀時(shí)，一次最多返回一個(gè)記錄。

• 當(dāng)某一信號(hào)造成中斷，而已經(jīng)讀了部分?jǐn)?shù)據(jù)量時(shí)。讀操作從文件的當(dāng)前偏移量出開始，在成功返回之前，該偏移量將增加實(shí)際獨(dú)到的字節(jié)數(shù)

read的經(jīng)典原型定義則是：

int read(int fd, char*buf, unsigned nbytes);

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