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从fork到exec的完整闭环（进程程序替换与shell实现：手把手教你造一个微型命令行）

主机测评网
系统教程
2026-03-01
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从fork到exec的完整闭环（进程程序替换与shell实现：手把手教你造一个微型命令行）

本文关键词：进程程序替换、shell实现、fork、exec

1. 小白困惑：Shell到底怎么运行我的命令？

当你打开终端输入ls -l并按下回车，Shell背后其实做了一系列复杂的操作。但核心只有两步：创建子进程 + 程序替换。这个机制正是Linux下运行所有程序的基石——进程程序替换与fork的完美配合。

2. fork：分身术——创建子进程

fork是Linux提供的系统调用，用来从当前进程（父进程）复制出一个几乎一模一样的子进程。子进程拥有独立的地址空间，但代码段和数据段在写时拷贝前是共享的。调用一次fork，返回两次：父进程中返回子进程PID，子进程中返回0。这是实现shell实现多任务的第一步。

    pid_t pid = fork();if (pid == 0) {    // 子进程：我要变身！} else {    // 父进程：等等孩子}

3. exec：变身术——程序替换

进程程序替换通过exec族函数实现（如execl、execv、execvp等）。这些函数会用一个新的程序（如ls）替换当前进程的代码段、数据段、堆栈，然后从新程序的main开始运行。注意：exec不创建新进程，而是让当前进程“改头换面”。进程PID保持不变，但内容完全更新。这正是exec的威力所在。

从fork到exec的完整闭环（进程程序替换与shell实现：手把手教你造一个微型命令行）进程程序替换 shell实现 fork exec 第1张

例如在子进程中调用execlp("ls", "ls", "-l", NULL);，子进程就会变成ls进程，执行完成后退出。

4. 父进程的等待：防止僵尸进程

父进程需要使用wait()或waitpid()等待子进程结束，回收其资源，避免产生僵尸进程。这是完整闭环中不可缺的一环。

5. 完整闭环：动手实现微型Shell

现在我们将上述知识点串联，写一个极简shell实现（myshell）的基本框架：

    while (1) {    printf("myshell> "); fflush(stdout);    fgets(cmd, sizeof(cmd), stdin);    // 解析命令和参数（略）    pid = fork();    if (pid == 0) {        execvp(args[0], args);  // 子进程进行程序替换        perror("exec"); exit(1);    } else {        wait(NULL);  // 父进程等待    }}

这个循环完美体现了从fork到exec的完整闭环：父进程fork出子进程，子进程调用exec执行用户命令，父进程等待子进程结束。尽管真正的bash要复杂得多（处理管道、重定向、内置命令等），但核心骨架就是如此。