进程创建与执行

本文性质声明：本机无 Linux 环境，全部内容未实测，是手册级知识框架。Windows 对侧的本机实测见 os-process-and-thread（纤程切换、Sleep(0) 的上下文切换计数）与 win-thread-sync（CreateThread 的栈提交行为）。

一、fork：一次调用，两个返回

fork() 是 Linux 创建进程的唯一系统调用（clone 的封装）。它的语义是三句话：

1. 子进程拿到父进程的完整副本：地址空间（写时复制）、fd 表（共享打开文件描述）、信号处置（忽略的继承、捕获的复位为默认）、进程属性。
2. 返回两次：父进程拿子进程 PID，子进程拿 0。两个返回之后的代码是完全并发的两条路——这是所有 fork 程序的第一复杂性来源：共享的 fd、缓冲区的双份（stdio 缓冲在 fork 前没 flush 会两边各输出一次）。
3. 写时复制（COW）：fork 时不真拷贝内存，只把页标为只读，写的时候才复制。所以 fork 一个占用 2GB 的进程是瞬时的——“fork 很慢”是误解，“fork 后 touch 每一页”才慢。

fork 的安全禁区：多线程进程里 fork，子进程只继承调用线程那一个——其他线程持有的锁在子进程里永远没人释放。子进程里只能做异步信号安全的事然后立刻 exec 或 _exit。这是”多线程服务器 fork 后死锁”的根因。

二、exec 族：换程序不换进程

execl/execlp/execle/execv/execvp/execvpe 是同一系统调用的不同封装（参数列表 vs 数组、是否搜 PATH、是否传环境）。语义：

• 进程不变，程序替换：PID、fd（除非设了 FD_CLOEXEC）、进程属性全部保留；代码段、数据段、栈全新。
• FD_CLOEXEC 是卫生习惯：所有 open 的 fd 默认会被 exec 继承——忘了设这个标志，exec 出来的程序会攥着一堆不该有的 fd（经典事故：被 exec 的守护进程攥着监听 socket，导致原进程退出后端口不释放）。正确做法是创建时就带 O_CLOEXEC。
• execvp 搜 PATH：execl("/bin/ls", ...) 是绝对路径不搜；execlp("ls", ...) 搜 PATH——PATH 来自调用方的环境，不确定的 PATH 是安全隐患。
• 失败只有一种返回：exec 成功就不返回；返回 -1 就是失败，错误在 errno（ENOENT 找不到、EACCES 没执行位、ENOEXEC 不是可执行格式）。

经典组合 fork + exec（shell 跑一条命令的骨架）：fork 出子进程，子进程 execvp，父进程 waitpid。中间还要处理：stdio 重定向（子进程 dup2）、管道（pipe + dup2 两头）、忽略信号复位。

三、等待与僵尸进程

子进程退出时不会立刻消失：它在进程表里留一个退出状态条目等父进程收，这就是僵尸（zombie）——不占内存，但占 PID。父进程收它的手段：

• wait(&status)：阻塞等任意子进程。
• waitpid(pid, &status, options)：等指定的；WNOHANG 非阻塞轮询（事件循环里配 SIGCHLD 用）；WCONTINUED 等停止后继续的。
• 退出码读法：WIFEXITED + WEXITSTATUS（正常退出码，0–255）；WIFSIGNALED + WTERMSIG（被信号杀死，shell 的 128+n 就是这么来的）；WIFSTOPPED（被作业控制停住）。

僵尸的两种死法：父进程不收（编程 bug——每个 fork 都要有配对的 wait，或者父进程明确声明 SA_NOCLDWAIT 忽略 SIGCHLD）；父进程先死（init 收养并收尸，所以短命僵尸常见于”父进程忘了 wait”的长命服务）。排障：ps aux | grep Z 看到 [name] <defunct> 后，去查它的 PPID。

四、进程组、会话与控制终端

这三个概念是作业控制（shell 的 Ctrl-C、后台任务）的地基：

会话（session）── 首领进程 + 若干进程组 + 控制终端
进程组（process group）── 首领 + 若干成员，PGID = 首领 PID

• setpgid 建组：shell 把一条管道的所有进程放进同一进程组，Ctrl-C 时内核把 SIGINT 发给整个前台进程组——这就是”按一次 Ctrl-C 整条管道都停”。
• setsid 建会话：调用者成为新会话首领、新进程组首领、脱离控制终端——守护进程标准动作的第一步（linux-daemon 那节）。
• 控制终端：会话最多一个；前台进程组的成员能读终端，后台进程组读终端会收到 SIGTTIN（写是 SIGTTOU，stty tostop 开启时）。ssh 断开时内核给前台组发 SIGHUP——不处理 SIGHUP 的后台任务会被杀（nohup/disown 就是绕这个）。

五、排障索引

症状	第一嫌疑
一堆 <defunct>	父进程没 wait（第三节）
服务端口不释放	exec 继承的 fd 没设 CLOEXEC，或子进程攥着监听 socket
输出重复一份	fork 前没 fflush，stdio 缓冲两边各写
Ctrl-C 杀不掉子进程	子进程 setsid 脱了组，或自己建了进程组
nohup 的任务还是死了	进程在 SIGHUP 到达后又前台化了；或 systemd 的 KillMode 收割
退出码 137/139	128+9（SIGKILL，OOM 杀手常见）/128+11（SIGSEGV）

六、未实测清单

• 本文所有系统调用与信号语义——无 Linux，未测。
• fork 的 COW 页计数实测——未测（Windows 对侧有工作集实测，见 os-memory-layout）。
• systemd 的 cgroup 收割细节——linux-ns 那节概念层提及，未测。