## 一、什麼是 Process（程序）？ **程序（Process）** 是「正在執行中的程式」。 程式本身通常只是儲存在磁碟上的執行檔；當作業系統將它載入記憶體並開始執行後，就成為程序。 一個程序通常包含： - **程式碼區段（text/code）**：要執行的指令 - **資料區段（data）**：全域變數、靜態變數 - **Heap**：動態配置的記憶體 - **Stack**：函式呼叫、區域變數 - **CPU 狀態**：程式計數器、暫存器等 - **程序識別碼 PID** - **開啟的檔案描述元（file descriptors）** - **程序狀態**：執行中、等待中、停止或結束等 作業系統會透過程序管理機制，讓多個程序共享 CPU、記憶體及其他資源。 --- ## 二、C 如何控制程序？ 在 Unix/Linux 系統中，C 程式通常透過 **System Call（系統呼叫）** 請求核心執行特權操作。實際上，C 程式多半呼叫的是 C 函式庫提供的包裝函式，例如 `fork()`、`exec()`、`waitpid()` 等。 常見的程序相關 System Call 包括： | 函式 | 功能 | |---|---| | `fork()` | 複製目前程序，建立子程序 | | `exec()` 系列 | 將目前程序替換成另一個程式 | | `wait()` / `waitpid()` | 等待子程序結束並取得結果 | | `exit()` / `_exit()` | 結束程序 | | `getpid()` | 取得目前程序的 PID | | `getppid()` | 取得父程序的 PID | | `kill()` | 傳送訊號給其他程序 | | `sleep()` | 暫停程序一段時間 | ### `fork()` 的特性 呼叫 `fork()` 後，會產生一個子程序： - 在父程序中，回傳值是子程序的 PID - 在子程序中，回傳值是 `0` - 發生錯誤時，回傳 `-1` 父子程序從 `fork()` 返回後，會繼續執行後面的程式碼。 ### `exec()` 的特性 `exec()` 不會建立新程序，而是將**目前程序的程式內容替換成另一個程式**。 因此常見的做法是： 1. 父程序呼叫 `fork()` 2. 子程序呼叫 `exec()` 3. 父程序呼叫 `waitpid()` 等待子程序 --- ## 三、簡單範例：建立子程序執行 `ls` ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> int main(void) { pid_t pid = fork(); if (pid < 0) { perror("fork failed"); return 1; } if (pid == 0) { // 子程序 printf("Child: PID = %d\n", getpid()); // 將子程序替換成 ls -l execlp("ls", "ls", "-l", (char *)NULL); // 只有 exec 失敗時才會執行到這裡 perror("execlp failed"); _exit(1); } else { // 父程序 int status; printf("Parent: child PID = %d\n", pid); // 等待子程序結束 if (waitpid(pid, &status, 0) == -1) { perror("waitpid failed"); return 1; } if (WIFEXITED(status)) { printf("Child exited with status %d\n", WEXITSTATUS(status)); } } return 0; } ``` 編譯與執行： ```bash gcc process_demo.c -o process_demo ./process_demo ``` ### 執行流程 1. 原本的程序呼叫 `fork()`。 2. 作業系統建立一個子程序。 3. 子程序呼叫 `execlp()`，執行 `ls -l`。 4. 父程序呼叫 `waitpid()`，等待子程序結束。 5. 子程序結束後，父程序取得其結束狀態。 需要注意的是，父程序與子程序的執行順序可能由作業系統排程決定，因此輸出的先後順序不一定固定。