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从一个问题说起
Linux执行ls，会引起哪些系统调用？
A. nmap
B. read
C. execve
D. fork
答案是read、exec系列
首先我们讨论一下什么是系统调用（system calls）？ 用户借助UNIX/linux直接提供的少量函数可以对文件和设备进行访问和控制，这些函数就是系统调用[1]。
使用strace ls命令我们可以查看ls命令使用到的系统调用[2]，其中一部分输出内容如下:
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系统调用打开当前目录文件，返回获得的文件描述符。可以看到该文件使用O_RDONLY标志打开。
只要该文件是用O_RDONLY或O_RDWR标志打开的，就可以用read()系统调用从该文件中读取字节[3]。
所以ls要用到read系统调用。除此之外，任何shell命令都会创建进程，都会用到exec系统调用。
回过头来梳理一下我们对于这些概念可能产生的疑惑：
包括ls在内，一个程序是如何运行的？open系统调用打开当前目录文件，返回获得的文件描述符。那什么是文件描述符？
1 进程是如何运行的
每个运行中的程序被称为进程[1]
Unix将进程创建与加载一个新进程映象分离。这样的好处是有更多的余地对两种操作进行管理。当我们创建了一个进程之后，通常将子进程替换成新的进程映象。所以任何shell命令都会创建进程，都会用到exec系统调用。 例如：在shell命令行执行ps命令，实际上是shell进程调用fork复制一个新的子进程，在利用exec系统调用将新产生的子进程完全替换成ps进程。
用exec函数可以把当前进程替换为一个新进程，且新进程与原进程有相同的PID。exec名下是由多个关联函数组成的一个完整系列[4]
调用fork创建新进程后，父进程与子进程几乎一模一样[1，p398]。
fork是一个UNIX术语，当fork一个进程（一个运行中的程序）时，基本上是复制了它，并且fork后的两个进程都从当前执行点继续运行，并且每个进程都有自己的内存副本。
原进程是父进程，新进程是子进程。可以通过fork()返回值区分。
父进程中fork调用返回的是新的子进程的pid（process id），而子进程中fork调用返回的是0
举个例子:
#include
#include
#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 { pid_t id1=getpid(); printf("%d ",id1); printf("Child process:%d\n",i); } } else { printf("res %d\n",res); for(i=0;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 */ 如果想要程序启动另一程序的执行但自己仍想继续运行的话，怎么办呢？那就是结合fork与exec的使用[6][1, p397] 举个例子(修改自[6])： #include #include #include #include #include char command[256]; void main() { int rtn; /*子进程的返回数值*/ while(1) { /* 从终端读取要执行的命令 */ printf( ">" ); fgets( command, 256, stdin ); command[strlen(command)-1] = 0; if ( fork() == 0 ) {/* 子进程执行此命令 */ execlp( command, NULL ); /* 如果exec函数返回，表明没有正常执行命令，打印错误信息*/ perror( command ); exit( errno ); } else {/* 父进程， 等待子进程结束，并打印子进程的返回值 */ pid_t sonid=wait ( &rtn ); printf(" child pid: %d\n",sonid); printf( " child process return %d\n", rtn ); } } } /*output:错误命令、需要参数命令、正确命令 >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，然后子进程借助exec调用程序command。对错误命令、需要参数的命令、以及不需要参数的命令给出对应的输出。 2 文件描述符（file descripter，fd） 一切设备都可以看作文件。 对内核而言，所有打开的文件都通过文件描述符引用[7]。文件描述符是非负整数，范围是[0,OPEN_MAX -1]。现在OPEN_MAX 一般为64 但是[7]又说对于FreeBSD 8.0，Linux 3.2.0 ，Mac OS X 10.6.8等， fd变化范围几乎无限，只受到存储器数量、int字长以及系统管理员所配置的软限制和硬限制的约束。。。why？ 当open或者create一个新文件时，内核向进程返回一个文件描述符。 当读、写一个文件时，使用open或create返回的文件描述符标识该文件，将其作为参数传送给read / write 按照惯例，fd为0 / 1 / 2分别关联STDIN_FILENO / STDOUT_FILENO / STDERR_FILENO。这些常量也定义在unistd.h. 3 系统调用包含在哪些头文件中呢？ 包括exec、fork、read、write在内，许多系统调用包含在unistd.h头文件中 POSIX,Portable Operating System Interface。是UNIX系统的一个设计标准,很多类UNIX系统也在支持兼容这个标准,如Linux。unistd.h是POSIX标准定义的unix类系统定义符号常量的头文件，包含了许多UNIX系统服务的函数原型[5]。在该头文件，用于访问设备驱动程序的底层函数（系统调用）有这五个：open/close/read/write/ioctl[1]。 4 文件I/O [7]中提到大多数文件I/O用到的5个函数为：open/read/write/lseek/close 4.1 函数read 调用read函数从打开文件中读数据。 #include ssize_t read(int filedes, void *buf, size_t nbytes); 返回值： 成功，读出的字节数； 失败，-1； 遇到文件尾，0 有多种情况可使实际读到的字节数少于要求读的字节数： 读普通文件时，在读到要求字节数之前已经到达了文件尾端。 例如，若在到达文件尾端之前还有30个字节，而要求读100个字节，则read返回30，下一次再调用read时，它将回0。 当从终端设备读时，通常一次最多读一行 当从网络读时，网络中的缓冲机构可能造成返回值小于所要求读的字节数。 当从管道或FIFO读时，如若管道包含的字节少于所需的数量，那么read将只返回实际可用的字节数。 当从某些面向记录的设备（例如磁盘）读时，一次最多返回一个记录。 当某一信号造成中断，而已经读了部分数据量时。读操作从文件的当前偏移量出开始，在成功返回之前，该偏移量将增加实际独到的字节数 read的经典原型定义则是： int read(int fd, char*buf, unsigned nbytes); References 1 linux程序设计第四版2 ls命令实现分析3 linux系统编程之文件与IO（二）：系统调用read和write4 linux系统编程之进程（五）：exec系列函数（execl,execlp,execle,execv,execvp)使用5 linux标准库#include