Fork a exec

Spouštění příkazů funguje pomocí dvou operací: fork a exec. Podívejme se na ně v opačném pořadí.

Exec

Operace exec, pro kterou existuje i příkaz Bashe, nahradí aktuální proces jiným. Právě prováděný proces (Bash) se přestane provádět a místo toho se začne provádět jiný – ovšem se stejnými otevřenými soubory a proměnnými prostředí, jaké měl ten původní.

Zkus si to. V jednom terminálu zjisti číslo procesu Bashe:

$ echo $$

A ve druhém si vypiš příslušný proces. Místo ps aux | grep <číslo> můžeš použít zkratku:

$ ps --pid <číslo procesu>
    PID TTY          TIME CMD
    ... pts/0    00:00:00 bash

Potom v původním terminálu zadej:

$ exec top

Aktuální proces, ve kterém běží Bash, se „přepíše“ programem top. Zkontroluj to ve druhém terminálu:

$ ps --pid <číslo procesu>
    PID TTY          TIME CMD
    ... pts/0    00:00:00 top

Stejný proces, jiný program!

Když teď top ukončíš (pomocí Q), zavře se okýnko s terminálem. Proces v terminálu skončil, tak jako kdybys v Bashi napsala exit.

Pro dlouhé zimní večery přikládám k prostudování tento program v Pythonu:

import os

# Vytvoření roury.
# Finkce `pipe` vrací dva deskriptory souborů pro dva "konce" roury:
# `r` je konec pro čtení, `w` je konec pro zápis.
r, w = os.pipe()

# Přesměrování vstupu.
# Soubor `r` tedy konec roury ze kterého se dá číst, nastavíme jako
# standardní vstup (0) tohoto procesu.
os.dup2(r, 0)

# Zápis do roury.
# Do konce určeného pro zápis, `w`, zapíšeme bajty odpovídající
# textu "Ahoj!".
os.write(w, b'Ahoj!\n')

# Uzavření konce pro zápis.
# Když ze program, který z roury bude číst, dostane po 'Ahoj!\n' až sem,
# dostane signál konce souboru.
os.close(w)

# Nahrazení aktuálního procesu programem `cat`.
# (První argument je jméno programu, které se hledá v $PATH; druhý je celý
# seznam argumentů, jako sys.argv – tedy i se jménem programu na začátku.)
# Zkus 'cat' nahradit za 'wc' nebo dokonce 'less'!
os.execvp('cat', ['cat'])

print('Tohle se nevypíše.')

Fork

Ještě zajímavější operace je fork, která běžící proces rozdělí na dvě stejné kopie. Ta nemá ekvivalent v Bashi, ale v Pythonu ano.

Dva procesy, které pomocí fork vzniknou, se liší v jednom detailu: návratové hodnotě funkce fork. Ta je v novém procesu 0 a ve starém je to PID nového procesu.

Zkus si to v Pythonu:

print('Toto je proces', os.getpid())

r = os.fork()
pid = os.getpid()

print('V procesu', pid, 'je výsledek', r)

Fork a exec

A jak tedy Bash pouští programy?

Napřed se „naklonuje“ pomocí fork. V novém procesu (který z fork dostal 0) pak přesměruje vstupy a výstupy, ponastavuje proměnné prostředí, pozavírá soubory které v novém programu nejsou potřeba atd. – a když je vše nastavené, pomocí exec spustí daný program. Ve starém procesu (který z fork dostal PID) pak čeká, až proces s daným PID skončí.

V reálu je situace trochu složitější (Bash např. funguje i na systémech které fork nemají), ale dává-li ti fork a exec smysl, zjednoduší ti to přemýšlení nad tím co Bash vlastně dělá.