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概述

本章有关于进程的概念比较难以理解。比如fork函数返回两个值，通过 fork 和 exec 来完成一些操作。

了解什么是程序，什么是进程。

带 * 号的标题可以看下，别的都是简单概念，方便自己回顾的

这个博客第一个迭代，先把概念讲清楚
第二个迭代上代码，开始撸进程这些函数的调用

异常 exceptions

异常概念

异常，就是控制权，因为某些事件，由用户而转移到内核系统，最后再跳转回来。

异常处理.png

返回时有三种可能

• 返回到当前指令
• 返回给当前指令的下一条指令
• 终止当前程序

异常处理

异常由软硬件结合处理，程序计数器(pc，指哪里运行哪里)的更改硬件来做。但是具体处理逻辑是操作系统内核软件来做的。

异常表 exception tables，里面有各式各样的异常类型，和这种类型的处理方式。异常表起始地址保存在一个特殊的cpu寄存器里面：异常表基址寄存器 exception table base register

异常类似用调用，但有些重要的不同之处

• 跳转的时候，处理器总是会把返回地址压栈。但是异常压的可能是当前的栈，也可能是下一个指令的栈

• 处理器还会把额外的处理器状态压栈，返回时，重新开始执行被中断的程序需要这些状态。比如x86会把当前EFLAGS寄存器压栈

• 如果控制从用户到内核，所有的项目都会被压入内核栈，而不是用户栈

• 异常处理运行在内核态，意味着对所有系统的资源有完全的访问权

异常类型

• 中断 interrupt
  来自处理器外部的 IO设备信号导致，硬件终端不是任何一条专门指令造成的，所以是异步的。

  比如定时器给cpu某个引脚发了个高电压的信号，cpu收到了，就读取这个异常信号，然后调用中断处理。
  处理完了返回下一个指令，好像啥也没发生一样

• 陷阱 trap 又叫系统调用
  陷阱是故意的异常，最重要的用途是：在用户程序和内核之间，提供一个像过程一样的接口，叫做系统调用。

  从程序员来看，系统调用和普通函数调用没啥区别，但是实现区别很大。普通函数在用户态，限制函数可以执行的指令类型，而且只能访问和调用函数相同的栈。

  内核态允许系统调用执行特权，访问定义在内核中的栈。

• 故障 faults
  由错误引起，但是有可能恢复。 两种决策，要么就是恢复，要么就是 abort中止

  经典故障——缺页异常。程序引用一个虚拟地址，而该地址相对应的物理页面不在内存中，因此要从磁盘里面取出来。等取完了，就可以返回给引起故障的指令，再执行一下，就没故障了。

  如果你用一个数除以0，会出现浮点异常 floating exception，这个时候会终止。

• 终止
  不可恢复的致命错误。比如磁盘损坏。

进程

进程概念

上述讲的都是低层次的控制转移。进程是高层的控制转移。

定义：进程是一个正在运行的程序的实例

程序可以存在于很多不同的地方，比如.c文件里面，比如.o文件里面。
进程是正在运行的程序的实例。

进程产生两种假象：

• 独立逻辑控制流，独占使用cpu和寄存器
  你在运行这个进程的时候，永远不用担心有其他程序修改你的寄存器。
  甚至都不被告知，这个系统上还有其他运行的程序
• 私有的地址空间
  虚拟内存机制保证，每个程序都有自己私有的代码、数据、堆栈，你永远看不到其他进程正在使用的内存。仿佛你在独占的使用整个内存系统。

总而言之，给你一种，你拥有所有内存和处理器独占访问的权限。

并发

大家对处理器跳转着处理不同进程都不陌生的。

上下文切换

• 当前寄存器的值都会被复制到存储期保存
• 然后执行下一个进程，把下一个进程的寄存器信息放入cpu
• 把地址空间，切换到下一个进程的地址空间

地址空间加上寄存器的这些信息，就叫做，上下文。

上下文切换，就是地址空间和寄存器的变化。

multiprocessing.png

上下文切换是由内核来控制的。
内核不像是一个正在运行的独立进程，它始终在某些现有的进程上下文中运行。

判断并发

每个进程都是一个逻辑控制流。

判断两个进程是不是并发的，要看他们运行的时候是否重叠。或者说，我在运行的时候，有没有被你给打断过，如果有，咱俩就是并发的。

concurrent.png

比如 A和B、 A和C 都是并发的，但是 B 和 C并不是并发，而是串行。

进程控制

系统级函数error处理

Linux系统级函数，如果出现错误，通常返回 -1，他们将会用一个名为 errno 的全局变量来指示原因。
所以必须永远检查系统函数的返回值。

获取进程ID

getpid 获取当前进程ID

getppid 获取父进程ID

进程状态 *

进程有三种状态：

• 运行。要么在cpu上执行，要么被上下文切换了，等待被执行且最终会被内核调度。

• 停止。执行被挂起 suspended，且不会被调度。比如收到 SIGSTOP、SIGTSTP等信号，进程被停止。保持停止知道它收到一个SIGCONT信号

• 终止。进程永远停止。
  三种原因：1、收到终止信号 2、 从主程序返回 3、 调用exit函数
  从主程序返回，比如c总有一个main函数，从main函数结束时，就会终止里面的进程。

  exit有入参，就是状态，正常时0，不是0就是异常。但exit没有return

创建进程 int fork(void)

父进程可以通过 fork 函数来创建子进程。fork没有任何参数。

fork既在父进程返回，也在子进程返回。被父进程调用一次，返回两次，返回0到子进程，返回子进程ID到父进程

• 父子进程拥有相同但是独立的地址空间
  可以理解为，完全相同的地址和堆栈，但却不是同一份。fork返回之后，比如父子进程访问的地址空间一摸一样，这意味着，所有变量，全局变量，栈，代码，都一样。

• 子进程获得父进程打开的文件描述的相同副本
  子进程可以访问任何已经打开的文件，包括父进程拥有的标准输入和标准输出。

• 唯一不同是，父子进程PID不同

调用一次，返回两次

x在fork前定义，所以fork之后，父子进程都能看到独属于自己的 x == 1

if (pid == 0）这个逻辑只有子进程能走到，所以子进程中 x == 2

下面的 --x 只有父进程能走到，因为前面子进程被 exit了，所以 父进程里 x == 0

fork.png

• 你永远无法保证进程的执行顺序
  注意，上面的打印顺序不是绝对的，并发中，你永远无法保证是父进程先执行，还是子进程先执行。

如果fork的时候，内核决定父进程先执行，那就是先显示 x == 0，后显示 x == 2

多次fork

使用进程图，来更好的理解，多次调用fork。

虽然没法了解执行顺序，但是可以理解逻辑顺序。

上下文切换 process context switch

信号 signal

非本地跳转 nolocal jumps