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进程地址空间
为什么要有虚拟地址空间？
重新审视fork函数
写时拷贝
fork函数失败
进程终止
进程退出场景
return 与 exit 的区别
exit 与 _exit的区别
进程等待
wait函数
waitpid
进程程序替换
环境变量
获取命令行参数
exec系列的函数
进程地址空间 进程地址空间的部分概念在之前说过
C++内存管理 && 读高质量C++/C编程指南第7章_TangguTae的博客-CSDN博客
先看如下的例子
#include#include
#include
int val = 100;
int main()
{
pid_t id = fork();
//创建进程，从这开始就有两个执行流
while(true)
{
if(id == 0)
{
//子进程
std::cout<<"child# val is: "<
运行结果：
文章图片
父进程和子进程在相同的地址中的内容不一样，只能说明一个问题，两个进程实际指向的并不是同一块内存，准确来说不是物理内存。
这个地址实际上是虚拟地址。
文章图片
所以说，虽然父子进程返回的地址是一样的，但都是虚拟地址（包括平常用的指针啥的都是一样的），最开始时，没有对全局变量进行修改，父子进程实际的物理地址共用同一块空间（操作系统的优化），一旦发生修改，会新开辟一块空间（写时拷贝）。
虚拟地址空间本身是一个数据结构：
参考源码：
文章图片
文章图片
用自己的总结就好比下面
struct mm_struct
{
unsigned long code_start//代码起始段
unsigned long code_end
unsigned long init_data_start//初始化数据
unsigned long init_data_end
unsigned long uninit_data_start//未初始化数据
unsigned long uninit_data_end
unsigned long heap_start//堆区
unsigned long heap_brk
……//等等
}
这里面就包含，代码段、数据段、堆、栈等等所定义的不同区域的起始位置和结束位置。
申请空间的本质是：向内存索要空间，得到物理地址，然后在特定区域申请没有被使用的虚拟地址，建立映射关系（硬件MMU负责完成），返回虚拟地址。其中物理地址用户一概不可见
为什么要有虚拟地址空间？
如果我们直接访问物理地址，隐含一些问题
1、野指针的存在，容易随意访问到别的区域，甚至修改。
2、由于内存可能会存在内存碎片，一个进程的数据存放在实际内存中的位置可能不连续的，降低了访问效率。
3、增加了异常越界的概率。
为了避免这种情况引入虚拟地址空间
文章图片
通过虚拟地址空间，可以将空间连续化处理，并且还可以保护物理内存。
一个进程如果越界访问到别人的空间，首先页表中没有这层映射关系，操作系统就会终止该操作。也表中除了映射关系以外，还有对应的权限管理，如果一个进程越界自己的数据，比如写入到自己字符创数据区域，然而在页表的映射关系中，字符串只有读权限，同样也会在操作系统层面上崩溃。
重新审视fork函数 当父进程调用fork函数后，内核需要执行
1、 重新分配内存块和内核数据结构给子进程
2、将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程（地址空间、页表映射等等内容）
3、将子进程添加到系统进程列表中
4、fork返回，调度器开始调度
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其中默认情况下，父子进程共享代码，但是数据各自私有一份。
代码共享：所有代码共享，不过一般都是从fork之后开始执行。之所以代码能共享，因为代码不可被修改的，代码分为两份浪费空间。
数据为什么不共享？
进程之间具有独立性、修改数据会相互影响。
写时拷贝
上面一个例子说道父子进程最开始时可以看到同样的数据，一旦发生修改，各自的的内容又不相同
原因：当父进程创建子进程时（fork），代码段和数据段是只读的，且此时父进程和子进程的代码和数据是共享的。
当父进程和子进程任意一个需要写入操作时，将会发生拷贝，并将数据段变为可读可写的状态，这个过程就叫做写时拷贝。
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计算机通过这样的方式，不立即进行数据的拷贝，节约空间和时间。
fork函数失败
1、系统中有太多的进程，资源不够
2、进程的数量超出了限制
进程终止
进程退出场景
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（ctrl c发信号终止进程）
进程退出后会有进程退出码
1、从main函数返回（常见的return 0就是进程正常结束后所返回0，退出码也就为0）
2、调用exit函数
3、_exit函数
查看退出码的方法：echo $?
为什么main函数要return 0，而不是return其他值
原因：C++/C在函数设计中0一般代表正确，而非0错误所对应一种错误的原因。
例如
文章图片
正常退出，return 0，得到的进退出码为0.
文章图片
ctrl c异常终止程序，得到进程退出码非0.
return 与 exit 的区别
return 是终止函数，在main函数下是终止进程。
而exit是直接终止进程。
exit 与 _exit的区别
_exit直接进入内核干掉进程
exit会做一些清理工作 ，例如刷新缓冲区、关闭流等
文章图片
进程等待 【linux|Linux操作系统-进程控制】子进程先退出，父进程如果不管不顾，子进程会变成僵尸进程，从而引起系统资源的泄漏。解决办法是父进程进行等待。
wait函数
文章图片
看一下库里面是如何描述的
文章图片
wait是系统调用函数，当子进程退出时，父进程调用wait函数让系统去释放资源，并且父进程可以获取到子进程的退出状态。
int* status是输出型参数，当父进程不需要关心子进程退出的状态时，可以设为空。
返回值：当等待成功，返回子进程pid，否则返回-1
测试：
#include#include
#include
int main()
{
pid_t id = fork();
//创建进程
while(true)
{
if(id == 0)
{
//子进程
int count = 0;
while(true)
{if(++count == 5)//count等于5的时候结束进程
exit(0);
std::cout<<"i am child ..."< 0)
{
//父进程
sleep(1);
std::cout<<"i am father ..."<
文章图片
当父进程没有等待时，子进程变成了僵尸状态。
修改代码：
#include#include
#include
#include
int main()
{
pid_t id = fork();
//创建进程
while(true)
{
if(id == 0)
{
//子进程
int count = 0;
while(true)
{if(++count == 5)
exit(0);
std::cout<<"i am child ..."< 0)
{
//父进程
sleep(1);
std::cout<<"i am father ..."<
文章图片
wait等待是一个阻塞等待过程，父进程会在wait函数这阻塞住。
文章图片
当成功等到子进程退出后，得到的返回值为子进程的pid，通过ps axj 查看进程状态可以看到此时已经没有僵尸状态的子进程了。后续没有子进程的时候wait会出错，返回值为-1.
注意：
回收资源是操作系统进行回收的，父进程只是触发了回收的动作。
waitpid
文章图片
waitpid同样也是等待进程退出。与wait有些区别
第一个参数是进程的ID，第二个参数也是一个输出型参数status，第三个参数是waitpid的选项
进程pid的值不同时效果也不一样，看官方解释
文章图片
需要注意的是：
当pid = -1 的时候表示等待任意进程
当pid > 0 的时候表示等待指定pid的进程
options选择等待的方式， 默认设置为0表示阻塞等待，设置为WNOHONG表示非阻塞等待。
status，输出型参数，操作系统会将退出信息通过这个参数返回给父进程。设置为空可忽略此参数
status总共32位，但是只关心他的低16位
文章图片
status返回值有两种情况，一个是正常退出时，低16位的高八位就是进程退出码。当进程是被信号所终止时，低16位中的低七位就是被哪个信号所杀。
所以我们要获取进程退出的状态就可以用如下两种代码获取
pid_t ret = waitpid(id,&status,0);
//阻塞等待，非阻塞等待可以把0改为WNOHONG
int res = (status>>8)&0xff;
//正常退出
std::cout<<"eixt code is "<
进程程序替换
环境变量
环境变量(environment variables)一般是指在操作系统中用来指定操作系统运行环境的一些参数。
这个参数种类很多，用env可以查看当前系统的环境变量，常见的USER，PATH，PWD，SHELL、HOME等等。
现在只关心路径PATH，当我们输入一些命令行的命令时，系统是如何工作的？
1、找到这条命令2、运行它
其实cd、pwd、ls、ps等等命令都是一个程序，但是为什么不需要指定路径就可以运行呢？或者说我们运行我们自己写的程序需要加上./xxx才能运行？
其实就是环境变量PATH的作用。
$PATH 查看所有的路径
文章图片
当我们输入ls的时候，系统默认从上面路径去找这条命令。
如果我们自己写的程序也想不加./直接运行，可以将我们的可执行程序放在这些路径下，或者添加一条路径
sudo cp xxx /usr/bin 或者 export PATH=$PATH: 当前路径
获取命令行参数
ls 这样的命令可以在后面带选项，例如 ls -l，ls -al等等
程序的main函数不一定是void形参，还是可以带很多参数的
//argc代表argv的大小，argv是一个指针数组
int main(int argc, char* argv[])
{
}
测试：
#include
int main(int argc, char* argv[])
{
for(int i = 0;
i < argc;
i++)
{
printf("argv[%d] = %s\n",i,argv[i]);
}
return 0;
}
//注意：编译的时候用 gcc main.c -std=c99
文章图片
argc默认大小为1，argv默认第一个参数是程序名称。
exec系列的函数
之前有说过，bash进程作为命令行解释器，当输入命令时，创建子进程去执行对应的程序，其中的原理就是通过exec系列的函数将程序替换，从而让子进程不在执行父进程相同的程序，而是去执行对应的程序。
总共有六种exec开头的函数，头文件unistd.h
execl与execv
l：表示列表的形式，表示可以传递多个参数，用列表的形式
v：代表数组的形式
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
#include
#include
int main()
{
printf("running before ...\n");
//以列表形式替换
execl("/usr/bin/ls","ls","-a","-l",NULL);
//后面一定要有个NULL作为结束标志
printf("running after ...\n");
return 0;
}
这段代码是将execl后面的代码全都替换了，并去执行ls -a -l命令
文章图片
效果和直接在命令行上面输入 ls -a -l效果是一样的
execv则需要定义一个指针数组，char* argv[] = {"ls","-a", "-l",NULL}。效果都是一样的
execlp、execle与execvp、execve
后面的一个字母p代表可以自动搜索环境变量，e表示自己维护环境变量，需要传递。
#include
#include
int main()
{
printf("running before ...\n");
execlp("ls","ls","-a","-l",NULL);
//无需写全路径
printf("running after ...\n");
return 0;
}
带p的无需写全路径，自己回去环境变量里面找。
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