Why do fork and exec separate from each other?

在UNIX的世界中，我們在shell下執行一個新的程式時，shell基本上會先fork()，然後再用exec*()來替換child process以執行指定的程式。但是既然fork()之後往往都要喚起exec*()，為什麼UNIX要將這兩個動作分開呢？

原因很簡單：因為要讓使用者為child process設定好運行環境，而這個運行環境作業系統事先並不知道。

舉例來說，如果要實現I/O redirection(Ex:cat < input.txt )，我們會有類似如下程式(從MIT的6.828課程文件擷取)：

1. char *argv[2];
2. argv[0] = "cat";
3. argv[1] = 0;
4. if(fork() == 0) {
5.   close(0);
6.   open("input.txt", O_RDONLY);
7.   exec("cat", argv);
8. }

而如果要實現pipe(Ex:echo "hello world" | wc)，則會有類似如下程序：

1. int p[2];
2. char *argv[2];
3. argv[0] = "wc";
4. argv[1] = 0;
5. pipe(p);
6. if(fork() == 0) {
7.   close(0);
8.   dup(p[0]);
9.   close(p[0]);
10.   close(p[1]);
11.   exec("/bin/wc", argv);
12. } else {
13.   write(p[1], "hello world\n", 12);
14.   close(p[0]);
15.   close(p[1]);
16. }

從這兩個例子我們可以看到，一樣是fork()/exec*()的組合運用，但在exec*()之前透過不一樣的環境設定，就可以讓在child process中要運行的程式接收到不同來源的資料。

我們可以發現：

• 如果一開始UNIX的設計沒有將fork()/exec*()分開
• 如果一開始UNIX沒有將Everything is file的概念引進
• 如果一開始UNIX沒有對file的使用採用通用的file descriptor(此處使用int)

那麼，在命令列下的程式組合將會變得異常複雜，所需的system call也會以m*n*...的方式急速增加。多了幾年的經驗後，再次溫習UNIX基本概念，對於UNIX的設計者識別出關鍵的正交概念，並具體實現出來，真的感到萬分佩服。

UNIX的優雅與精隨，透過其設計者Dennis Richie的話完美呈現：

    Unix is simple. It just takes a genius to understand its simplicity.