006-shell父子进程分析

导言

本节就shell子进程(subprocess)以及子SHELL(subshell)的基础概念和注意点加以介绍，配以实例，进行说明。将详细讨论如下问题：

1. subprocess和subshell是什么
2. subprocess的产生过程是什么
3. 什么情况下会产生subprocess和subshell
4. shell编程中，subshell需要注意些什么
5. 如何管理subprocess

subprocess和subshell是什么

子进程(subporcess)是从父子进程的概念出发的。unix操作系统的进程从init进程开始，经过不断fork-exec“繁衍”，形成了树状的父子进程结构。每个进程均有其对应的父进程(0进程不在讨论范畴内)，就算是由于父进程先行结束导致的孤儿进程，也会被init(pid=1)领养，使其父进程ID为1。

子SHELL，顾名思义，就是由“当前shell进程”创建的一个子进程。因此，subshell概念是subprocess的子集，一个subshell一定是个subprocess。

subprocess的产生过程

事实上，所有进程的创建，都可视为子进程创建过程。unix操作系统进程的创建，基本可以归结为fork-exec的模式，即是：

1. 通过fork创建子进程环境，
2. 通过exec加载并执行进程代码。

在shell环境中，即是：

1. 读取命令：读取用户由键盘输入的命令行；
2. 解析：以命令名作为文件名，并将其它参数改造为系统调用execve( )内部处理所要求的形式；
3. fork：当前shell fork()出一个子进程（即子shell），此时该子shell是父shell的一个副本；
4. 父shell等待：终端进程本身用系统调用wait4( )来等待子进程完成（如果是后台命令&，则不等待，立即返回1）；
5. 子shell exec()：在subshell里，根据path指定的目录列表里的目录，找到外部命令command；以找到的命令command取代(exec)当前shell程序并执行，此时父shell等待subprocess工作完成；
6. 命令完成后，向父进程（终端进程）报告，此时父进程醒来，在做必要的判别等工作后，回到(1)，父shell再取下一条语句执行，或等待用户输入下一条命令；

图示如下：

什么情况下会产生subshell

&，提交后台作业

If a command is terminated by the control operator `&', the shell executes the command asynchronously in a subshell.

管道

Each command in a pipeline is executed in its own subshell

括号命令列表 ()操作符

Placing a list of commands between parentheses causes a subshell environment to be created

执行外部脚本、程序

When Bash finds such a file while searching the `$PATH' for a command, it spawns a subshell to execute it.  In other words, executing filename ARGUMENTS is equivalent to executing bash filename ARGUMENTS

示例

1.shell在子shell中执行外部命令

比如在当前网络终端(通过ssh），键入ps -ef|grep work，看看进程树是如何的：

$ echo $$        #得到当前bash的pid 6010
$ pstree -n -a | less    #查看进程树

init(1)-+-migration/0(2)
        |-ksoftirqd/0(3)
...skipping...
        |-sshd(2679)---sshd(5997)---sshd(6009)---bash(6010)-+-pstree(9378)
        |        `-less(9379)

从结果可以看到，所有进程由init派生而来，2679为sshd系统服务；5997和6009为sshd为work当前终端分配的一个session；6010为基于这个session的、为work用户提供交互操作的shell进程；由于包含管道命令，9378和9379为6010的子进程，即6010(bash)进程spawn了两次。

其中，当键入pstree | less 时，shell先分析pstree是否为非内建命令或别名，结果是外部命令，需要在子进程中执行之，故另启动一个进程(9378)去执行pstree命令；同样，less也按照上述方法执行。

2. 例1的延续

再来看下如果调用sh脚本，系统如何表现：

脚本示例：

#! /bin/bash
ping 127.0.0.1 | tail -f | grep time &> /dev/null
---------------------------------------
$ sh test.sh
$ pstree -n -a | less    #在另一个terminal查看进程树

        |-sshd(2679)-+-sshd(5139)---sshd(5143)---bash(5144)---sh(10252)-+-ping(10253)

        |            |                                                  |-tail(10254)

        |            |                                                  `-grep(10255)

---------------------------------------

root      5139  2679  0 08:52 ?        00:00:00 sshd: work [priv]

work      5143  5139  0 08:52 ?        00:00:00 sshd: work@pts/0 

work      5144  5143  0 08:52 pts/0    00:00:00 -bash

work     10252  5144  0 09:07 pts/0    00:00:00 sh test.sh

work     10253 10252  0 09:07 pts/0    00:00:00 ping 127.0.0.1

work     10254 10252  0 09:07 pts/0    00:00:00 tail -f

work     10255 10252  0 09:07 pts/0    00:00:00 grep tome

可见，当sh test.sh的时候，当前bash6010另启动一个subshell(10252)去执行test.sh内的语句，之后的语句可视作把10252作为“执行test.sh的主干道”，ping命令作为10252的子进程(10253)执行，直到test.sh最后一句执行完毕，10252才完成他的工作，结束并返回给交互式bash6010。

在本体shell中执行脚本

有两个方法可以使shell在本体进程中执行脚本

1. source

一次性读取脚本内的所有shell语句，并依次顺序执行，不退出。

echo $$        #21502 终端shell进程
---------------------------------------
#!/bin/bash #script.sh
ping 127.0.0.1 | tail -f | grep time
---------------------------------------
source script.sh
---------------------------------------
ps -ef|grep work
#output
work      5404  5403  0 Dec07 pts/1    00:00:00 -bash
root     21497  2679  0 10:16 ? 00:00:00 sshd: work [priv]
work     21501 21497  0 10:16 ? 00:00:00 sshd: work@pts/2
work 21502 21501  0 10:16 pts/2    00:00:00 -bash
work     22735 21502 0 10:20 pts/2    00:00:00 ping 127.0.0.1
work     22736 21502 0 10:20 pts/2    00:00:00 tail -f
work     22737 21502 0 10:20 pts/2    00:00:00 grep time

可见，脚本里的命令都从21502（bash）中fork出来执行。

2. exec

相当于用"bash script"替换了本体进程，当在本地进程执行完毕后，已经没有shell程序了，退出。

#!/bin/bash
ping 127.0.0.1 -c 10
---------------------------------------
exec ./test.sh
PING 127.0.0.1 (127.0.0.1) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 127.0.0.1: icmp_seq=0 ttl=64 time=0.010 ms
...
64 bytes from 127.0.0.1: icmp_seq=9 ttl=64 time=0.005 ms
--- 127.0.0.1 ping statistics ---
10 packets transmitted, 10 received, 0% packet loss, time 8999ms
rtt min/avg/max/mdev = 0.004/0.006/0.010/0.002 ms, pipe 2
Connection to yf-adrc-ct00.yf01 closed.

可见，用exec执行的话，脚本结束即退出当前终端。

父子进程在编程中需要注意些什么

了解了进程fork的关系，就能明白为什么子进程不能改父进程的变量。

父子进程的运行环境、内存空间都是独立的，父进程的环境变量会传递到子进程里，子进程对任何变量的变更不会影响父进程。

$ echo $$ #父进程7182
7182
$ name=father #定义name变量
$ export name #使其环境变量
---------------------------------------
$ bash #产生一个子进程
$ echo $$ #子进程8303
8303
$ echo $name #子进程得到了name
father
$ name=son #变更name=son
$ exit #回到父进程
---------------------------------------
$ echo $name #父进程的name不变，还是"father"
$ father

结合子进程产生的条件，在变成中应该避免在子进程中企图改变父进程的变量值。

参考资料

http://blog.csdn.net/yjz0065/article/details/1190879

http://blog.csdn.net/sosodream/article/details/5683515