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Sergiy Kolodyazhnyy
Asked: 2018-09-03 22:00:45 +0800 CST

为什么在简单的 bash 命令中没有明显的克隆或分叉以及它是如何完成的？

  • 772

考虑以下（sh存在/bin/dash）：

$ strace -e trace=process sh -c 'grep "^Pid:" /proc/self/status /proc/$$/status'
execve("/bin/sh", ["sh", "-c", "grep \"^Pid:\" /proc/self/status /"...], [/* 47 vars */]) = 0
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7fcc8b661540) = 0
clone(child_stack=NULL, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=0x7fcc8b661810) = 24865
wait4(-1, /proc/self/status:Pid:    24865
/proc/24864/status:Pid: 24864
[{WIFEXITED(s) && WEXITSTATUS(s) == 0}], 0, NULL) = 24865
--- SIGCHLD {si_signo=SIGCHLD, si_code=CLD_EXITED, si_pid=24865, si_uid=1000, si_status=0, si_utime=0, si_stime=0} ---
exit_group(0)                           = ?
+++ exited with 0 +++

没有什么不寻常的，从主 shell 进程中grep替换了一个分叉的进程（这里通过 完成）。clone()到目前为止，一切都很好。

现在使用 bash 4.4：

$ strace -e trace=process bash -c 'grep "^Pid:" /proc/self/status /proc/$$/status'
execve("/bin/bash", ["bash", "-c", "grep \"^Pid:\" /proc/self/status /"...], [/* 47 vars */]) = 0
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7f8416b88740) = 0
execve("/bin/grep", ["grep", "^Pid:", "/proc/self/status", "/proc/25798/status"], [/* 47 vars */]) = 0
arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7f8113358b80) = 0
/proc/self/status:Pid:  25798
/proc/25798/status:Pid: 25798
exit_group(0)                           = ?
+++ exited with 0 +++

这里很明显的是grep假设 shell 进程的 pid 并且没有明显fork()或clone()调用。那么，问题是，如何在bash没有任何一个调用的情况下实现这样的杂技呢？

但是请注意，clone()如果命令包含 shell 重定向，则会出现系统调用，例如df > /dev/null

shell strace

2 个回答

  1. Best Answer

    sh -c 'command line'通常用于诸如system("command line"), ssh host 'command line', vi's !,之类的东西cron，以及更普遍地用于解释命令行的任何东西，因此使其尽可能高效非常重要。

    分叉是昂贵的，在 CPU 时间、内存、分配的文件描述符方面......让一个 shell 进程在退出之前等待另一个进程只是浪费资源。此外，很难正确报告将执行命令的单独进程的退出状态（例如，当进程被终止时）。

    许多 shell 通常会尽量减少分叉的数量作为优化。即使是未优化的外壳也喜欢bash在sh -c cmdor(cmd in subshell)情况下这样做。与 ksh 或 zsh 不同，它不在bash -c 'cmd > redir'or 中执行此操作bash -c 'cmd1; cmd2'（在子shell 中相同）。ksh93 是在避免分叉方面走得最远的过程。

    在某些情况下无法进行优化，例如：

    sh < file

    哪里sh不能跳过最后一个命令的分叉，因为在该命令运行时可以将更多文本附加到脚本中。对于不可查找的文件，它无法检测到文件结尾，因为这可能意味着从文件中读取得太早太早。

    或者：

    sh -c 'trap "echo Ouch" INT; cmd'

    在执行“最后一个”命令后，shell 可能必须运行更多命令。

    • 10

  2. 通过挖掘 bash 源代码，我发现如果没有管道或重定向，bash 实际上会忽略分叉。从execute_cmd.c 的第 1601 行开始：

      /* If this is a simple command, tell execute_disk_command that it
     might be able to get away without forking and simply exec.
     This means things like ( sleep 10 ) will only cause one fork.
     If we're timing the command or inverting its return value, however,
     we cannot do this optimization. */
  if ((user_subshell || user_coproc) && (tcom->type == cm_simple || tcom->type == cm_subshell) &&
      ((tcom->flags & CMD_TIME_PIPELINE) == 0) &&
      ((tcom->flags & CMD_INVERT_RETURN) == 0))
    {
      tcom->flags |= CMD_NO_FORK;
      if (tcom->type == cm_simple)
    tcom->value.Simple->flags |= CMD_NO_FORK;
    }

    稍后，这些标志开始execute_disk_command()起作用，它设置nofork整数变量，然后在尝试分叉之前对其进行检查。实际的命令本身将由分叉或父进程的execve()包装函数 shell_execve()运行，在这种情况下，它是实际的父进程。

    Stephane 的回答很好地解释了这种机制的原因。

    此问题范围之外的旁注：应注意，显然外壳是交互式的还是通过-c. 在执行命令之前会有一个分叉。从strace在交互式 shell ( strace -e trace=process -f -o test.trace bash) 上运行并检查输出文件可以看出这一点：

    19607 clone(child_stack=NULL, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_t
idptr=0x7f2d35e93a10) = 19628
19607 wait4(-1,  <unfinished ...>
19628 execve("/bin/true", ["/bin/true"], [/* 47 vars */]) = 0

    另请参阅为什么 bash 不会为简单命令生成子 shell？

    • 8

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