【Linux】————进程控制
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本篇博客专栏：Linux专栏
创作时间 ：2024年10月10日
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一、程序地址空间：
1、C/C++中的程序地址空间：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/36cd19b00a0c4eb4bce168424268b23d.png
在c++中我们了解了这样的空间分布图。
我们应怎样去创建和访问变量呢？
本质就是：起始地址+偏移量（实在我们的变量类型就是偏移量）
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/f2c027b2d7334b568937b132f2198bbc.png
但是上面这些实在不是内存！！！
我们下面来做一个小实验！！！
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int g_val = 0;
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
perror("fork");
return 0;
}
else if(id == 0)
{
//child
printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
}
else
{
//parent
printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
}
sleep(1);
return 0;
}https://i-blog.csdnimg.cn/direct/95aef79f17ad4abe9b09da3fb8054c29.png
这里我们可以看到上面这两个输出的变量和地址是雷同的，这就说明子进程是按照父进程的模板得到的，父进程没有将代码进行修改，但是只要将代码轻微改一下。
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int g_val = 0;
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
perror("fork");
return 0;
}
else if(id == 0)
{
//child
g_val = 100;
printf("child[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
}
else
{
//parent
printf("parent[%d]: %d : %p\n", getpid(), g_val, &g_val);
}
sleep(1);
return 0;
}https://i-blog.csdnimg.cn/direct/ea0de9a3b1de49ff94ecc8377fc30964.png
这里我们发现，两个进程的地址雷同，但是对应的变量的内容竟然差别，这是为什么呢？
我们可以得出以下的结论：
变量的内容不一样，父子进程绝对不是输出的同一个变量
但地址值是一样的，说明这个地址绝对不是物理地址
在Linux下，这种地址叫做假造地址
我们在C/C++中看到的地址，全部都是假造地址，用户是看不到物理地址的，用OS同一管理
OS负责将假造地址转换为物理地址
2、进程地址空间：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/fe4161ee23cc48c0a90ed074482a025b.png
上面的图就可以说明问题，同一个变量，地址雷同，实在是假造地址雷同，内容差别实在是被映射到了差别的物理地址。
那么我们应该怎样去理解假造地址雷同而物理地址差别的问题呢？
[*]父进程有自己的假造地址，也有自己的页表
[*]子进程被创建时，父进程会将自己的页表也给到子进程
[*]但是子进程在改变数据时，会发生写时拷贝，物理地址改变了，但是假造地址没有改变
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/862f8a96df2442fe86c85392ef86b887.png
什么是地址空间？什么是区域划分？
我们在创建进程的时候不仅要有 pcb，也要管理地址空间（先形貌，在组织），有一个 struct mm_struct 的结构体。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/b4c3aa4c0efc4ebd8a1d66ea62b18159.png
为啥要有地址空间？
1、让进程以同一的视角对待内存，通过假造地址加页表，可以将乱序的内存变为有序，分门别类的规划好，乱序---->有序
2、存在假造地址空间，可以有效地进行进程访问内存的安全查抄
我们怎样去理解 存在假造地址空间，可以有效的进行进程内存的安全查抄呢？
我提一个问题，我们 常量区的变量 为啥不能修改呢？
我们页表中除了有映射外，另有权限的限制，当进程要修改常量区的变量时，直接在页表就没有权限。
地址空间的增补
每个进程都有自己的页表。
二、进程创建：
1.作者主页
在linux中fork函数时非常重要的函数，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。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/738b606d5dee46c3b54269adf19597c8.png
进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做:
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/a4c9c3f55a774a0d9bd9455b83cee723.png
当一个进程调用fork之后，就有两个二进制代码雷同的进程。而且它们都运行到雷同的地方。但每个进程都将可以开始它们自己的路程，看如下程序：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
printf("Before: %d\n", getpid());
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
perror("fork");
return 0;
}
else if(id == 0)
{
//child
printf("child: %d \n", getpid());
sleep(2);
}
else
{
//parent
printf("parent: %d \n", getpid());
sleep(2);
}
return 0;
}https://i-blog.csdnimg.cn/direct/49448599f8e941519f9daeaf7611791c.png
从效果中可看出，fork之前父进程独立执行，之后父子进程分别执行，执行先后由调理器完全决定
此中，默认环境下，父子进程共享代码，但是数据各有一份（但是如果父子进程只对数据进行读取，不须要私有）
程序=代码（逻辑）+数据
代码共享：所有进程共享代码，不外一般都是fork执行之后，为啥代码是共享的，由于代码不可以修改，所以是共享的
为啥各自的数据要私有一份呢，由于进程之间具有独立性，数据是很多的，且不是所有的数据都要全部拷贝，把本来可以在后面拷贝，甚至不要拷贝的数据，都拷贝了，就比力浪费时间和空间，所以拷贝的过程不是立马做的，而是写时拷贝!!!
2、写时拷贝
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/1a6255b44b844ae59053bcf74705651c.png
通常，父子代码共享，父子再不写入时，数据也是共享的，当恣意一方试图写入，便以写时拷贝的方式各自一份副本。具体见下图：
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/7d15e7687e8a4e28befcc38d51a08378.png
父子进程代码共享，数据独有:当恣意一方试图写入，便以写时拷贝的方式拷贝一份副本
3.fork通例用法
[*]一个父进程希望复制自己，使父子进程同时执行差别的代码段。比方，父进程等待客户端哀求，天生子进程来处置处罚哀求。
[*]一个进程要执行一个差别的程序。比方子进程从fork返回后，调用exec函数。
4.fork调用失败的原因
[*]系统中有太多的进程。
[*]现实用户的进程数超过了限制。
三、进程终止
1.进程终止的概念
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/add51d2ccdf74f60810a876da3e39d9b.png
main 函数的返回值可以被父进程获取的，用来判定子进程的干活的环境 。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/4e07cfe56b144c009b3379f815d7f3a7.png
检察上一个进程的退出码
echo $?
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/6d0d36c576da4b128decc779122e5f64.png
我们父进程就可以通过这两个数字来判定子进程的退出环境 。
代码非常终止，退出码就没有意义了！！！
2.进程常见退出方法
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/c90ed73f52e646b0a622a455aff65a7b.png
3._exit函数
[*]_exit函数 是系统调用函数。
[*]_exit函数 在终止进程的时候，不会主动革新缓冲区。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/d046cc96c9ba44c99a6e1e1922093c9e.png
4.exit函数
[*]exit函数 是库函数。
[*]exit函数 在终止进程的时候，会主动革新缓冲区。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/c34b2f803a714114ae51502f720b1902.png
exit最后也会调用_exit, 但在调用_exit之前，还做了其他工作：
[*]执行用户通过 atexit或on_exit定义的清理函数。
[*]关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入。
[*]调用_exit。
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/7e65de00ad20412b92535ea19edd7ad1.png
四、进程等待
1.什么是进程等待
通过 wait/waitpid 的方式，让父进程（一般环境）对子进程进行资源回收等待过程！！！
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，进而造成内存走漏。
另外，进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，“杀人不眨眼”的kill -9 也无能为力，由于谁也没有办法杀死一个已经死去的进程。
最后，父进程派给子进程的任务完成的怎样，我们须要知道。如，子进程运行完成，效果对还是不对，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。
2.进程程序更换原理
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/cfda2394eaa24f9696f71cb3a2a85d4a.png
用fork创建子进程后执行的是和父进程雷同的程序(但有可能执行差别的代码分支),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,该进程的用户空间代码和数据完全被新程序更换,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。
我们就可以表明 进程程序更换后另有一个printf没有执行，为啥呢？
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/770f133939f542bb989606c40b8b4da3.png
3.进程程序更换的函数
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/a4b660293aa447d380527c109ad9ade7.png
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/e875bf3462054e4092a305fb484dd22b.png
最后：
非常感谢你可以耐着性子把它读完和我可以坚持写到这里，送几句话，对你，也对我：
1.一个冷知识：
屏蔽力是一个人最顶级的本领，任何斲丧你的人和事，多看一眼都是你的不对。
2.你不用变得很外向，内向挺好的，但须要你发言的时候，一定要大胆。
正所谓：君子可内敛不可脆弱，面不公可起而论之。
3.成年人的世界，只筛选，不教育。
4.自律不是6点起床，7点准时学习，而是不管别人怎么说怎么看，你也会坚持去做，绝不打乱自己的节奏，是一种自我的恒心。
5.你开始炫耀自己，往往都是劫难的开始，就像老子在《道德经》里写到：光而不耀，静水流深。
最后如果以为我写的还不错，请不要忘记点赞✌，收藏✌，加关注✌哦(｡･ω･｡)
愿我们一起加油，奔向更优美的未来，愿我们从懵懵懂懂的一枚菜鸟渐渐成为大佬。加油，为自己点赞！
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