文章目录
- 1.进程的创建
- 2. fork函数返回值
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- 2.1 fork为什么有两个返回值
- 2.2 为什么给子进程返回0，给父进程返回子进程的pid？
- 3 写时拷贝
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- 3.1代码为什么要共享
- 3.2数据为什么要私有
- 3.3何谓写实拷贝
- 3.4实例分析
- 4.fork常规用法和调用失败原因
- 5.如何理fork和子进程创建
- 6.进程终止
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- 6.1进程退出场景
- 6.2进程退出的常见方法
- 7.进程等待
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- 7.1进程等待的必要性
- 7.2wait方法
- 7.3waitpid方法
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- 7.3.1获取子进程的status
- 8.进程替换
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- 8.1替换原理
- 8.2替换函数
- 8.3函数解释
- 8.4命名理解
- 8.5实战操作
1.进程的创建
fork在已存在进程之中创建一个新的进程，这个被创建的进程称之为子进程，原来已知的进程称之为父进程；
进程是由可执行程序和它对应的数据和代码以及一堆数据结构组成(PCB，虚拟地址空间，页表等)；
而子进程的创建是以父进程为模板的，因此调用fork之后就有两个代码相同的进程，并且两个进程都会从fork下一行代码开始执行
父进程调用fork，当控制权转移到内核中的fork代码后(fork是系统调用接口)，内核会做如下事情：
1.分配新的内存块和内核数据结构给子进程
fork在内核之中，操作系统是管理软硬件资源的，因此有权限管理进程，并且给进程分配内存和数据结构
2.将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
子进程的创建是以父进程为模板的，将父进程的PCB、地址空间、页表映射内容拷贝给子进程
3.添加子进程到系统进程列表当中
当子进程被添加到进程列表中之后就可以被调度了
4.fork返回，开始调度器调度
当fork返回，开始调度之后就完成了一个子进程的创建
2. fork函数返回值
子进程返回0，父进程返回的是子进程的pid
2.1 fork为什么有两个返回值
2.2 为什么给子进程返回0，给父进程返回子进程的pid？
因为一个父进程或许会有多个子进程，那么它如何准确的定位寻找它的这些子进程呢？靠的就是创建时候返回来的子进程的pid，这就是父进程寻找子进程的标识，父进程通过这个标识就可以对子进程精准定位。而子进程永远只有一个父进程，因此不需要标识
3 写时拷贝
通常父子代码共享，父子不再写入时，数据也是共享的，当任意一方试图写入，便以写入时拷贝的方式各自一副副本，这种情况就叫做写时拷贝
3.1代码为什么要共享
程序=代码(逻辑)+数据；
子进程是以父进程为模板创建而来的，因此父子进程代码都是一样的，同时因为页表的映射权限问题，代码是不可以被修改的，如果各自父子进程各自私有一份，会造成空间的浪费
分流之后代码也是共享的，只是会不会去执行的问题。比如，你家里有一百辆车，但是你最常开的只有3辆，其余的车也是你的，只是没有去碰罢了
3.2数据为什么要私有
在页表中，进程数据的权限大多是可读可写的，如果共享，一个进程的数据改变就会影响另外一个进程，这样就破坏了进程之间的独立性，因此数据是私有的
3.3何谓写实拷贝
顾名思义，就是写的时候进行拷贝
一个进程的数据是很多的，不是所有的数据子都要立即使用，且不是所有的数据都需要进行拷贝。但是如果马上要独立就需要将数据全部拷贝，把本来可以在后面拷贝的，甚至不需要拷贝的数据都拷贝了，就比较浪费空间
通常父子代码共享，父子不再写入时，数据也是共享的，当任意一方试图写入，便以写入时拷贝的方式各自一副副本，这种情况就叫做写时拷贝
3.4实例分析
当有数据20M，需要修改其中10M的时候，发生写时拷贝，是拷贝10M还是拷贝20M？
答案是拷贝10M，因为另外的10M不一定有用，写时拷贝只拷贝当下有用的数据
从操作系统的角度出发，OS只会尽可能的节省空间
4.fork常规用法和调用失败原因
常规用法：
1.子进程赋值父进程，通过if、else来实现父子进程执行不同的代码段。比如父进程等待客户端请求，生成子进程来进行处理。
2.一个进程要执行一个不同的程序。比如fork后，子进程调用exec函数
调用失败原因：
1.系统中有太多的进程
进程是需要占据空间的，包括PCB,页表，代码，数据等等，都需要向系统申请空间，有可能空间不够就被系统拒绝了
2.实际用户的进程数超过了限制
有可能一个用户申请的进程数超过了操作系统允许的数量，因此申请失败
5.如何理fork和子进程创建
子进程创建本质上是系统多了一个进程，因此操作系统需要将新的进程管理起来，就需要给进程创建PCB、虚拟空间、页表、映射关系等。
而子进程是以父进程为模板的，这些数据大体上是类似的(比如pid等等就不会拷贝过来)，并且在一开始是共享代码和数据的，只有当任何一方发生数据写入的时候才会发生写时拷贝，将数据独立出来；
6.进程终止
6.1进程退出场景
进程退出有如下三种场景
1.代码运行完毕，结果正确
2.代码运行完毕，结果不正确
3.代码异常终止
6.2进程退出的常见方法
通过命令 echo $? 可以查看最近一次进程的退出码
正常终止：
1.从main函数返回
在main中执行return 等同于执行exit(n),因为调用main的运行时，函数会将main的返回值当做exit的参数
2.调用exit
a.执行用户通过atexit或on_exit定义的清理函数
b.关闭所有打开的流，所有缓存数据均被写入
c.调用_exit
3.调用_exit，直接清理进程，不会刷新缓冲区
异常退出：
ctrl +c,信号终止
7.进程等待
是父进程通过wait等系统调用，用来等待子进程状态的一种现象，且是必须的
7.1进程等待的必要性
子进程被创建出来，谁先运行是由调度器来决定的
进程创建本质是系统多了一个进程，是多了PCB、地址空间、页表、代码数据等
一个进程终止分为僵尸和彻底释放两种情况
彻底释放：释放PCB、释放地址空间、释放页表、代码和数据被情况
僵尸状态：进程的代码和数据被释放了、甚至部分页表被释放了、但是这个进程的PCB要被保留下来、PCB中会记录进程的退出码，这个退出码和数据信息将来要被父进程通过wait/waitpid进行读取
一般而言是让子进程先退出的:
1.如果父进程先退出，子进程变成了孤儿进程，子进程被系统接管，资源也被系统回收，但是回收的时间和系统有关系，不一定是立即回收的
2.如果父进程先退出，子进程变成了僵尸进程，会导致内存泄漏
2.因为父进程很容易对子进程进行管理(进行垃圾回收)
3.创建出来的子进程是用来处理业务的，什么时候执行完是不确定的，需要父进程帮我们拿到子进程处理的结果，读取子进程状态
一般子进程是需要被父进程等待的，等待的方式有wait/waitpid
等待的目的是为了进行垃圾回收和获知子进程运行结果
7.2wait方法
返回值：
成功返回被等待进程的pid，失败返回-1
参数：
输出型参数，获取子进程退出状态，不关心则可以设置为NULL
7.3waitpid方法
当一个子进程退出变成僵尸状态时，我们的父进程通过waitpid释放它的僵尸状态，并且读取子进程的退出码和退出时所收到的信号信息
所以需要传入一个st参数，st读取的数据是在进程的PCB中保存的。当进程退出的时候，我们获取到st中的信息就可以对进程的退出状态进行分析(正常退出结果正确、正常退出结果不正确、被信号杀死)，我们可以通过这些信息提示用户或加入一些信息进行判断
返回值：
当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的进程ID
如果设置了选项WNOHANG,而调用中waitpid发现自己没有已退出的子进程可收集则返回0
如果的调用出错，则返回-1，这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在
参数：
pid：
pid=-1，等待任意一个子进程，与wait等效
pid>0,等待其进程id与pid相等的子进程
staus：
WIFEXITED(status):若为正常终止子进程返回的状态，则为真。(查看进程是否正常退出)：!(status & 0x7f)
WEXITSTATUS(status):若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。(查看进程的退出码)：(status>>8) & 0xff
options:
1.默认是0，表示阻塞方式，只要子进程不退出，父进程就一直在等，容易卡住，于是下面就有了对立的WNOHANG(非阻塞等待)
2.WNOHANG：若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予等待。若正常结束则返回该子进程的id
7.3.1获取子进程的status
wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充
如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息
否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程
status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待
8.进程替换
8.1替换原理
fork创建子进程的目的：
让子进程和执行父进程一部分代码：代码共享
让子进程执行和父进程完全不同的事：调用exce函数，代码也要发生写时拷贝
当进程调用另外一种exce函数时，该进程的用户空间和代码和数据将完全被新程序替换，从新程序启动的例程开始执行
调用exce函数并不是创建新进程，所以调用exce前后该进程的id并没有改变
新的代码和数据的替换过程是由操作系统来进行的，我们只需要调用操作系统提供的系统调接口函数即可，下面介绍六种exec开头的替换函数
8.2替换函数
有六种exec开头的函数，统称为exce函数
int execl(const char *path,const char *arg,…);
int execlp(const char *file,const chat *arg,…);
int execle(const char *path,const char *arg,…,char *const envp[]);
int execv(const char *path,char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execve(const char *pash,char *const argv[],cahr *const envp[]);
操作系统只提供了execve一个调用接口，其余的五个函数都是堆execve的封装
8.3函数解释
这些函数如果调用成功则加载新的程序从启动代码开始执行，不再返回
调用出错则返回-1
exce函数只有出错返回值，成功没有返回值，因为成功源程序所有数据和代码都会被覆盖
8.4命名理解
l(list)：表示参数采用列表
v(cevtor)：参数采用数组
p(path)：有p自动搜索环境变量PATH
带p的传入系统中的程序或者命令的时候，会自动去环境变量PATH中寻找对应的指令，不需要传入文件路径
不带p的，则需要自己传入文件路径
e(env)：表示自己维护环境变量
8.5实战操作