描述系统调用fork()、exec()、exit()和 waitpid()的功能和实现过程

这是一个编程类的问题，我很乐意回答。

系统调用fork()用于创建一个与当前进程完全相同的新进程，新进程拥有父进程的副本，包括内存、寄存器、文件句柄等等。实现过程是在操作系统内部创建一个新的进程，然后将父进程的地址空间复制到子进程，这个过程叫做“复制-on-write”。

系统调用exec()用于加载并运行一个新的进程映像。实现过程是通过读取并解析二进制程序文件，然后替换当前进程的地址空间和代码，最终将新程序的控制权转移给新的进程。

系统调用exit()用于终止当前进程的运行。它会通知内核释放当前进程占用的所有系统资源，并在必要时给父进程发送终止信号，因此可以有父进程收集亲属进程的信息。

系统调用waitpid()用于等待子进程的终止，并将其状态返回给父进程。实现过程是父进程通过waitpid()调用等待子进程终止，在子进程结束时，内核会向父进程发送SIGCHLD信号，然后父进程会调用waitpid()获取子进程的状态信息，包括退出码等等。

相关问题

编写程序实现fork()、exec()、exit()和waitpid()的系统调用。

在Unix/Linux系统中，`fork()`、`exec()`、`exit()` 和 `waitpid()` 是四个基本的进程管理函数，它们用于控制和调度进程的生命周期。

1. **fork()** : 这个系统调用创建一个新的子进程，新进程拥有与父进程几乎完全相同的副本，除了进程ID（PID）。它返回0给子进程，父进程则返回新子进程的PID。如果发生错误，会返回-1。

pid_t fork(void);

2. **exec()**: 它用于替换当前进程的正文（即程序的入口点），通常与`fork()`一起使用，实现了“父子”进程的分工协作。有多种版本，如`execl()`、`execle()`等，用于加载并执行指定的程序，并传递命令行参数。如果执行成功，原进程将终止；失败则返回非零值。

int exec(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);

3. **exit()**: 这个函数用于主动结束进程。它接收一个整数值，表示退出状态码。一般情况下，标准的退出状态码范围是0~127，0表示成功。调用`exit()`后，进程的所有子线程都将结束。

void exit(int status);

4. **waitpid()**: 父进程等待其子进程结束。它接受一个子进程的PID，可以选择等待任意子进程（`WNOHANG`标志）、阻塞直到子进程结束（默认），或者提供一个信号掩码（`WUNTRACED`）。这个函数返回的是子进程的退出状态。

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

写代码 编写程序实现fork()、exec()、exit()和waitpid()的系统调用

在Unix/Linux操作系统中，`fork()`、`exec()`、`exit()` 和 `waitpid()` 是四个重要的核心系统调用，它们主要用于进程管理。

1. **fork()**：
- 这个函数用于创建一个新的进程，新进程称为子进程，它拥有与父进程几乎完全相同的环境，包括副本的进程上下文（如内存空间、打开文件等）。父进程返回新的子进程ID，而子进程返回0。

pid_t fork();

2. **exec()**：
- 它们是一组函数，通常与`fork()`配合使用，用于替换子进程的整个程序形象。`exec*()`系列函数（如`execv()`, `execvp()`, `execve()`等）接收程序名和命令行参数作为参数，并启动指定的新程序执行，原有的子进程资源将被卸载。

3. **exit()**：
- 这个函数用于终止当前进程。当子进程调用`exit()`时，会结束其生命周期并清理资源，父进程可以使用`waitpid()`等待子进程结束。

void _Exit(int status);
int exit(int status);

4. **waitpid()**：
- 父进程使用这个函数等待子进程完成，可以获取子进程的状态信息。它可以阻塞直到子进程结束，也可以设置标志以便非阻塞地检查。

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);