在Linux操作系统中,进程管理是核心功能之一，而fork与exec系统调用则是实现进程创建与程序执行的关键机制，两者协同工作，为多任务处理和程序动态执行提供了基础支撑。
进程的“分身术”：fork系统调用
fork是Linux中用于创建新进程的系统调用，其核心作用是“复制”当前进程，当调用fork时，操作系统会创建一个与父进程几乎完全相同的子进程，包括进程的数据段、堆栈、寄存器状态以及打开的文件描述符等，唯一区别在于fork的返回值：在父进程中返回子进程的PID（进程标识符），在子进程中返回0，这种设计使得父子进程可以通过返回值区分执行路径，实现并行任务处理。
fork采用写时复制（Copy-on-Write, COW）技术优化性能，初始阶段，子进程与父进程共享物理内存空间，仅当任一进程尝试修改内存数据时，系统才会为该进程分配独立的内存副本，这一机制显著减少了进程创建时的内存开销，提高了系统效率。fork仅复制进程本身，并不加载新程序，因此子进程默认继承父进程的代码段、数据段和执行上下文，需通过其他系统调用实现程序替换。
程序的“变身术”：exec系列系统调用
exec并非单一系统调用，而是一组函数（如execl、execv、execle等），用于用新程序替换当前进程的映像，当调用exec函数时，操作系统会加载指定的可执行文件（如ELF格式的二进制程序或脚本），并覆盖当前进程的代码段、数据段和堆栈，同时重置进程的执行状态，需要注意的是，exec不会创建新进程，而是对当前进程进行“原地替换”，因此进程的PID保持不变，但程序的代码和数据已完全更新。
exec系列函数的主要区别在于参数传递方式：exec族函数通过命令行参数列表或环境变量列表传递参数，例如execv以数组形式传递参数，而execl以可变参数列表传递。execle和execve允许显式指定进程的环境变量，其他函数则继承父进程的环境变量，若exec调用成功，程序将新代码的入口点开始执行，不会返回；若失败（如文件不存在或权限不足），则返回-1，原进程映像保持不变。
fork与exec的协同工作
在实际应用中,fork与exec常组合使用，实现“创建进程+加载新程序”的完整流程，典型场景是父进程通过fork创建子进程，子进程调用exec加载新程序，而父进程通过wait或waitpid等待子进程结束，在Shell命令执行中，当用户输入一条命令时，Shell父进程先fork出子进程，子进程调用exec加载目标程序（如ls、gcc等），父进程则等待子进程退出后继续接收用户输入。
这种设计既保证了进程的独立性（子进程失败不影响父进程），又实现了程序的动态加载，需要注意的是，fork后子进程通常需要调用exec，否则子进程将重复执行父进程的代码（除非设计为“孤儿进程”或特定服务进程）。fork复制后的文件描述符默认在父子进程中共享，需通过close或fcntl设置FD_CLOEXEC标志，避免子进程意外继承父进程的文件句柄。
fork与exec是Linux进程管理的基石：fork通过复制进程实现多任务并发，exec通过替换程序映像支持动态执行，两者结合，既保留了进程间的独立性，又提供了灵活的程序加载机制，理解其工作原理，对于系统编程、服务开发及性能优化具有重要意义，也是深入掌握Linux内核机制的关键一步。
