Linux进程管理入门：fork函数和写时拷贝技术详解_Linux

1.进程创建

1.1fork函数初识

在 linux 中 fork 函数是⾮常重要的函数，它从已存在进程中创建⼀个新进程。新进程为⼦进程，⽽原进程为⽗进程。

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值：⼦进程中返回0，⽗进程返回⼦进程id，出错返回-1

进程调⽤ fork ，当控制转移到内核中的 fork 代码后，内核做：

分配新的内存块和内核数据结构给⼦进程
将⽗进程部分数据结构内容拷⻉⾄⼦进程
添加⼦进程到系统进程列表当中
fork 返回，开始调度器调度

所以，fork之前⽗进程独⽴执⾏，fork之后，⽗⼦两个执⾏流分别执⾏。

注意，fork之后，谁先执⾏完全由调度器决定

fork调⽤失败的原因：

系统中有太多的进程
实际⽤⼾的进程数超过了限制

1.2写时拷贝

通常，⽗⼦代码共享，⽗⼦再不写⼊时，数据也是共享的，当任意⼀⽅试图写⼊，便以写时拷⻉的⽅式各⾃⼀份副本。

具体⻅下图:

因为有写时拷⻉技术的存在，所以⽗⼦进程得以彻底分离离！完成了进程独⽴性的技术保证! 写时拷⻉，是⼀种延时申请技术，可以提⾼整机内存的使⽤率

2.进程终止

进程终⽌的本质是释放系统资源，就是释放进程申请的相关内核数据结构和对应的数据和代码

2.1进程退出场景

代码运⾏完毕，结果正确
代码运⾏完毕，结果不正确
代码异常终⽌

2.2进程常⻅退出⽅法

正常终⽌（可以通过 echo $? 查看进程退出码）：

1. 从main返回

2. 调⽤exit

3. _exit

exit会终止进程，强制刷新缓冲区，_exit不会

2.2.1 退出码

退出码（退出状态）可以告诉我们最后⼀次执⾏的命令的状态。

在命令结束以后，我们可以知道命令是成功完成的还是以错误结束的。其基本思想是，程序返回退出代码0 时表⽰执⾏成功，没有问题。

代码1 或0 以外的任何代码都被视为不成功。

3. 进程等待

3.1进程等待必要性

之前讲过，⼦进程退出，⽗进程如果不管不顾，就可能造成‘僵⼫进程’的问题，进⽽造成内存泄漏。
最后，⽗进程派给⼦进程的任务完成的如何，我们需要知道。如，⼦进程运⾏完成，结果对还是不对，或者是否正常退出。
⽗进程通过进程等待的⽅式，回收⼦进程资源，获取⼦进程退出信息

3.2 进程等待的方法

1. wait

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int* status);
返回值：
 成功返回被等待进程pid，失败返回-1。
参数：
 输出型参数，获取⼦进程退出状态,不关⼼则可以设置成为null

2.waitpid

pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
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发现没有已退出的⼦进程可收集,则返回0；
 如果调⽤中出错,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。
 status: 输出型参数
 wifexited(status): 若为正常终⽌⼦进程返回的状态，则为真。（查看进程
是否是正常退出）
 wexitstatus(status): 若wifexited⾮零，提取⼦进程退出码。（查看进程
的退出码）
 options:默认为0，表⽰阻塞等待
wnohang: 若pid指定的⼦进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等
待。若正常结束，则返回该⼦进程的id。

如果⼦进程已经退出，调⽤wait/waitpid时，wait/waitpid会⽴即返回，并且释放资源，获得⼦进程退出信息。
如果在任意时刻调⽤wait/waitpid，⼦进程存在且正常运⾏，则进程可能阻塞。
如果不存在该⼦进程，则⽴即出错返回。

3.3 ⼦进程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

4. 进程程序替换

fork() 之后,⽗⼦各⾃执⾏⽗进程代码的⼀部分如果⼦进程就想执⾏⼀个全新的程序呢？进程的程序替换来完成这个功能

程序替换是通过特定的接⼝，加载磁盘上的⼀个全新的程序(代码和数据)，加载到调⽤进程的地址空间中

4.1 替换原理

⽤fork创建⼦进程后执⾏的是和⽗进程相同的程序(但有可能执⾏不同的代码分⽀)，⼦进程往往要调⽤⼀种 exec 函数以执⾏另⼀个程序。

当进程调⽤⼀种 exec 函数时，该进程的⽤⼾空间代码和数据完全被新程序替换，从新程序的启动例程开始执⾏。调⽤ exec 并不创建新进程,所以调⽤ exec 前后该进程的 id 并未改变。

4.2 替换函数

其实有六种以exec开头的函数,统称exec函数:

#include <unistd.h>
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *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 *path, char *const argv[], char *const envp[]);