linux系统编程之进程(一)

今天起，开始学习linux系统编程中的另一个新的知识点----进程，在学习进程之前，有很多关于进程的概念需要了解，但是，概念是很枯燥的，也是让人很容易迷糊的，所以，先抛开这些抽象的概念，以实际编码来熟悉进程到底是个什么东东，这样学习起来要有兴趣一些，在学习一门技术时，找一种能提高自己兴趣的方法是很重要的，这也是我自己学习的一个比较"典型"的学习流程吧，关于不太清楚的概念会在实验中一一阐述(当然不可能理解得很透，但是没关系，先把实践做出来，随时间的推移再慢慢摸透它)，理论当然也是非常非常重要的，等到进程学得差不多了，我会再回过头来去系统地分析理论，实践支配理论，这是非常重要的学习方法，好了，话不多说，进入正题！

复制进程映像:

 

【说明：利用fork复制的新进程，并未全部都复制了父进程的东东，这个在结尾时还会说明，先有个了解】

关于fork进程，可以用下面这种的通俗方式来理解:

首先我们先来理解一个概念，这个之后在最后还会进行总结的：

其中PCB是Process Control Block(进程控制块)，对于这些理论，先有个大至的了解，之后会进程中所有的概念进行一个总结的。

理解上面的东东之后，fork新创建的进程，会复制父进程的所有信息（代码段+数据段+堆栈段+PCB），但是“所有”并非绝对，还是有少部分信息是不一样的，另外还可以理解，每一个进程都有自己独立的4GB的地址空间(对于32位系统来说)

 

子进程与父进程的区别在于：

1、父进程设置的锁，子进程不继承

 对于排它锁(关于什么是排它锁可以参见博文：http://www.cnblogs.com/webor2006/p/3500354.html)，如果说子进程会共享父进程的锁的话，那就有矛盾了。

2、各自的进程ID和父进程ID不同

3、子进程的未决告警被清除【了解】

4、子进程的未决信号集设置为空集【了解】

 

fork系统调用：

 

【说明：关于 fork函数，它有一个特征：调用一次，返回两次,就如上面返回值的说明】 

如上图所说：fork()出来的子进程成功，对于子进程来说则返回0；而对于父进程来说返回子进程ID，这是有原因的，对于进程中的PCB保存了pid和ppid，所以对于子进程来说,有办法知道pid和ppid，而对于父进程来说，如果不返回子进程的id，则就无法知道新创建的进程的号码，因为PCB中并不会保存子进程的ID列表，这样就会让PCB膨胀，所以这也是有原因的。

有了上面的理论之后，下面就以实际代码来进行说明：

#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <signal.h>

#define ERR_EXIT(m) \
    do \
    { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while()

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("before fork pid = %d\n", getpid());//打印当前进程ID，也就是原始父进程
    pid_t pid;
    pid = fork();//产生一个新的进程，注意：它里会有两个进程执行
    if (pid == -)
        ERR_EXIT("fork error");

    if (pid > )
    {//证明是父进程
        printf("this is parent pid=%d childpid=%d\n", getpid(), pid);//getpid()为当前父进程的ID，而pid则为新创建的进程id，也就是子进程
    }
    else if (pid == )
    {//证明是子进程
        printf("this is child pid=%d parentpid=%d\n", getpid(), getppid());//getpid()为当前子进程的ID，getppid()为当前子进程所属父进程的ID
    }
    return ;
}

编译运行：

原因是由于当执行父进程之后，它就退出了，这时子进程执行时，这时子进程的父进程就变为init进程，所以就变成了1，如果我们让父进程输出延时一下，保证子进程执行时父进程没退出，就如我们的预期了：

这次再看效果：

对于fork函数，可能有一点比较难以理解，为啥它一次调用会有两次返回呢？这里再来用文字来解释一下：fork成功意味着创建了一个进程副本，意味着也就有两个进程了，两个进程都要执行各自相应的动作，所以两个进程都得要返回，实际上在内核中，是在各自的进程地址空间中返回的:

fork 系统调用注意点:

关于上面的第二个注意点，，如果父进程退出了，子进程还没有退出，我们将子进程称为孤儿进程，这时会将子进程托孤给init进程。

关于第三点,其中提到了“僵尸进程”，用程序来看下现象：

运行：

这时，查看一下当前的进程状态：

 

僵尸状态，我们尽量得避免它，避免它的方法之一，可以采用一个系统调用----signal（信号，关于它，之后会详述，这里只是先了解一下）:

 

这时，编译运行，再看效果：

 

 

下面再来理解一来系统是如何实现fork()的：

写时复制copy on write:

 

实际系统实现时，并未真正把所有的数据(代码段+数据段+堆栈段+PCB)都复制一份，只是为了方便理解，我们可以认为是数据(代码段+数据段+堆栈段+PCB)都复制了一份，实际上代码段是只读的，是可以被共享的，每个进程只要保存一个指向这个资源的指针既可，这可以加快进程的创建速度，大大提高了效率

 

而对于需要修改的进程才会复制那份资源，对于linux而言，它是基于页的的方式进行复制的，并没将所有数据都进行复制，只是复制需要页，其它页是不会复制的，所以我们得正确理解“每个进程有自己独立的4GB(对于32位系统来说)的地址空间”，实际上不被修改的数据是共享的，对于这个理论，大致了解下，也是为了加深对fork()函数的理解。

好了，今天就学到这，下回见！