fork介绍,返回值问题,写时拷贝,进程切换,子进程开始执行的位置,子进程的用途-编程知识

fork

介绍

fork的返回值问题

介绍

fork()时,系统要做什么

数据是否要独立

如果共享的话,就会出现问题!

写时拷贝

引入

介绍

举例(fork返回值)

fork返回的值是什么

创建失败的原因

子进程执行位置从哪里开始

引入

进程切换

子进程执行的位置

子进程的用途

fork

介绍

fork()函数是一个系统调用，用于创建一个新的进程
它会复制当前进程的内容，并在新进程中运行,当前进程是新进程的父进程,从而使父进程和子进程可以并行执行
各自有自己的独立地址空间，但它们可以共享一些资源，如文件描述符
头文件:<unistd.h>

fork的返回值问题

介绍

当我们运行起来这个程序时,我们会发现,我们已经成功创建出了子进程(因为有两个pid被打印出来,并且其中一个是另一个的父亲)
但是,我们仔细观察观察,似乎ret这个变量似乎有不同的值
因为我们看到它可以同时执行if 和 else的内容,也就是说,在两个进程中,实际上ret的值是不同的
这是为什么呢?

fork()时,系统要做什么

首先明确: 进程 = 内核数据结构(os来分配) + 进程代码和数据(一般从磁盘中来)

执行fork,也就是创建了一个新的进程,只不过这个新进程有点特殊,数据几乎全部都继承自创建自己的父进程
控制权转移到内核中后(os会为子进程分配空间,提供初始值)
从fork()函数的返回值开始,就开始并行执行两个进程啦

数据是否要独立

因为进程具有独立性,所以子进程也得有自己的代码和数据
但是我们没有加载内存的过程,它也就没有自己的代码和数据,就可以和父进程共享使用
代码共享没有什么问题,因为不可更改,都是只读
但是!!数据可不能共享,它是可写的!

如果共享的话,就会出现问题!

一般创建子进程就是为了和父进程执行不同的操作
如果其中一个变量一修改,另一个进程也会受到影响的话,未免也太挫了,也不满足独立性
所以!数据必须分离!!

写时拷贝

引入

虽然数据要分离,但是子进程用不到的那些数据还有必要再拷贝一份吗?

显然是没有的
这样的情况下,共享也是没有问题的
(这样的例子可以在c语言中看到,比如两个指针指向同一个常量字符串,编译器也不会傻到开辟两份空间存储内容一样的字符串)
因此,只有将来会被父/子进程写入的数据,才值得被拷贝

介绍

但是,其实os也无法知道哪些数据会被写入,提前拷贝了也不会立马使用(相当于占着茅坑不拉屎)
所以,os选择了写时拷贝技术来将数据分离

举例(fork返回值)

所以前面的fork返回值问题,实际上返回值接收的这一过程就是写入
所以发生了写时拷贝
父子进程这一变量存在两份,但虚拟地址并没有改变,也就导致了我们看到的结果
但是可以通过不同的页表映射,从而找到实际的物理地址

fork返回的值是什么

虽然我们已经知道了两个进程中的ret不一样,但为什么会不一样呢?

是因为fork()在不同进程中返回了不同的值
fork()在父进程中返回子进程的进程pid(该值一般大于0)，而在子进程中返回0
fork的返回值由os控制
它将子进程的pid返回给父进程,以便父进程可以管理子进程,然后继续下面的代码
子进程返回0,用于区分子进程
如果父进程收到-1,则代表进程创建失败

创建失败的原因

创建内存是需要使用内存资源的
如果当前系统有太多进程,内存资源不足时,os就可能不让你继续创建了
而且作为一个用户,可拥有的进程数是一定的

子进程执行位置从哪里开始

引入

我们其实还会发现,在fork之前的语句,子进程并没有执行:

我们会发现,在fork之前的那句打印只出现了一次,说明子进程是没有执行那个语句的

可以说明 -- 子进程并不是从头开始执行程序的

那子进程从哪里开始执行呢?

进程切换

cpu使用进程切换的策略执行语句
并且要保证每个进程下次来的时候,必须从之前的位置继续运行(而不是重新来过,不然前面就白执行了)
所以cpu必须要有对应的寄存器数据(EIP , 程序计数器(pc指针)),来记录当前运行进程的执行位置
cpu执行指令靠的就是EIP中的地址 (地址+指令长度=下一条指令地址)
每个进程走的时候,带走这份数据,下次来的时候再给寄存器,就可以实现想要的效果啦
(寄存器数据也就是进程的上下文数据)

子进程执行的位置

而子进程成功创建的时候,恰好为fork该执行return指令的时候
因为当执行到return时,就说明它的主要功能已经实现,也就是子进程已经创建出来了
它里面的pc也就继承自父进程的进度(return的那里),他就认为自己的EIP起始值就是return指令的地址
所以子进程就从return开始执行
也可以通过这个理论,修改子进程的pc值