SHELL父子进程分析

jqkyp

　　导言
　　本节将就shell交互（脚本执行）过程中涉及子进程(subprocess)以及子SHELL(subshell)的部分，配以实例，进行说明。将详细讨论如下问题：

• 　　subprocess和subshell是什么
  
• 　　subprocess的产生过程是什么
  
• 　　什么情况下会产生subprocess和subshell
  
• 　　shell编程中，subshell需要注意些什么
  
• 　　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：

• 　　通过fork创建子进程环境，
  
• 　　通过exec加载并执行进程代码。
  

　　在shell环境中，即是：

• 　　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；
  
• 　　在subshell里，根据path指定的目录列表里的目录，找到外部命令command；
  
• 　　在subshell里，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；
  
• 　　命令完成后，控制流返回父shell，父shell再取下一条语句执行，或等待用户输入下一条；
  

　　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    #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命令又作为10253的子进程执行，直到test.sh最后一句执行完毕，10252才结束并返回给交互式bash6010。