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专栏分类：C语言初阶  C语言进阶  数据结构初阶    Linux    C++初阶    算法

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一.程序的地址空间

1.1程序的地址空间的引入

        我们知道frok可以创建子进程，子进程会继承父进程的大部分属性，如果我们我们给出一个g_val,在子进程和父进程中输入g_val的值以及g_val的地址，会是怎样的结果呢？我们看下面代码：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
    int g_val=100;
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        int cnt=5;
        while(cnt--)
        {
            printf("I an child process,g_val=%d,&g_val=%p,pid=%d, ppid=%d\n",g_val,&g_val,getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    else if(id>0)
    {
        while(1)
        {
            printf("I an father process,g_val=%d,&g_val=%p,pid=%d, ppid=%d\n",g_val,&g_val,getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
} 

我们运行后可以看到

父进程的g_val的地址和子进程的g_val的地址相同 ，如果我们，我们将子进程的代码修改，每次让g_val的值加1，会是怎样的结果？我们可以看到一下

g_val的值不同，但是g_val的地址却一样，这是为什么呢？在c语言时我们知道一个地址对应一个值，为什么在这里会出现一个地址对应两个值？这打破了我们的常规认知，其实不然，在以前我们写的都是一个进程，在这里是两个进程，这其中自然有一些差别，那这是如何实现的呢？这与程序的地址空间有关，这里的地址也不是物理地址，是虚拟地址。

1.2程序地址空间概图

1.2.1不修改值时

        程序的地址空间是怎样的呢？我们可以看下面的图

 父进程有一个g_val虚拟地址是0x7ffe258b87bc，在父进程的地址空间中会有个初始化数据，里面的g_val地址也是虚拟地址，同时还有一个页表，页表有两部分，一部分是虚拟地址，一部分是物理地址，它相当于一个映射进程的虚拟地址对应者相应的物理地址。由于子进程会继承父进程的代码和数据以及大部分属性，所以子进程会继承父进程的task_struct,继承父进程的地址空间，父进程的页表，也就是说会进程一次浅拷贝。

1.2.2修改值时

        在上面我们有一个修改g_val的值，那它和上面的过程一样吗？事实上是类似的，当我们想要修改值时，会发生一次写时拷贝，写时拷贝是什么呢？写的时候再进程修改，我们看下面的图

 子进程会将父进程的代码。数据。mm_struct,task_struct进行拷贝，在物理空间中重新开辟一次g_val进行写。

1.3理解地址空间

        进程有独立的地址空间，独立的页表，如果父进程和子进程不写，一个全局变量（类似于g_val的变量），默认会被子进程和父进程共享（只读）。那为什么这样干呢？如果我们不采用写时拷贝，只要有一个子进程就会在物理内存上开辟一块空间，这样有一定的缺点，有时候我们并不会修改值，会造成没有意义的空间开辟，那我们采用写时拷贝会不会很慢呢？当然不会，我们开辟的时候就拷贝，和用的时候再拷贝，我们采用写时拷贝还会减少拷贝的次数，效率更快，更节省空间，写时拷贝就是我都你不会用。

1.3.1为什么要有地址空间（地址空间的优点）

        首先页表和地址空间可以将无序变为有序，我们知道我们开辟的空间是随机开辟的，通过页表的映射关系可以有效的将空间变得有序。其次可以将进程管理模块（页表和地址空间）和内存模块（物理空间）解耦，在程序进程检测时它检测到地址空间有就可以进行执行，因此我们只在地址空间上申请内存，填写页表的左侧，用的时候再在物理空间上开辟内存，这样也是可以的，还有一种情况我们先看下面的图：

假如 我们有2MB的内存，我们映射到物理空间上后，可以先执行1MB的内存，当者1MB执行完后可以先将这1MB内存释放，删除页表的关系，但是地址空间不变，这样我们看着还是2MB。最后访问越界时，如果页表中查不到这个地址，os就会阻止这个请求，实现对物理内存的保护，例如我们一个数组a[10],我们访问a[200]就会被os拦截。

1.3.2进一步理解页表和写时拷贝

        在页表中不仅仅有虚拟地址和物理地址这两部分，还有一个检测是否在内存中以及权限，我们先说是否在内存中，它用一个0个1来表示0不在内存中，1在内存中，那什么时候会显示0呢？

当内存不足时，会将一部分页表的内容唤出到磁盘中，还记得我们进程挂起的swap分区吗，这里和那个类似，当被唤出到磁盘中后这里就会显示为0 。

当我们创建子进程后父进程和子进程中 权限都会被修改为r，当我们想要修改时发生写时拷贝，权限修改为w。当操作系统检测到错误时会先进行检测是否不在物理内存中（缺页中断，也就是页表中为0），然后检测是否需要发生写时拷贝（检测权限是否为r），都不是才进程异常处理。

二.进程的终止

2.1进程终止的3中状态

2.1.1代码跑完结果正确

我们先运行下面代码

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
    printf("pid=%d,ppid=%d\n",getpid(),getppid());
    return 0;
} 

运行后输入指令

echo $?

echo $？是返回我们前一个程序的返回码，我们将上面代码return 100然后运行然后输入指令echo$?可以看到

当我们再执行一次ehco $？可以看到

这是输出echo $?的退出码。

2.2.1代码跑完，结果错误

        在这里我们需要先知道退出码有什么作用，在一个父进程中我们需要知道子进程的退出状态，是成功还是失败？失败的原因是什么？所以出现了退出码这个概念。退出码有很多我们需要知道每一个退出码是什么吗？其实不需要，我们有一个函数可以知道每个退出码是什么意思，我们看下面代码

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>

int main()
{
    for(int errorcode=0;errorcode<=255;errorcode++)
    {
        printf("errorcode=%d->%s\n",errorcode,strerror(errorcode));
    }
    printf("pid:%d,ppid=%d\n",getpid(),getppid());
    return 0;
} 

我们运行代码

2.2.3出现异常

        运行时，进程崩溃了，os会将进程杀掉一旦出现了异常退出码就没有意义了，为什么出现异常原因是进程出现了异常，本质说os进程发出信号。例如我们运行下面代码：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>

int main()
{
    while(1)
    {
        printf("pid=%d,ppid=%d\n",getpid(),getppid());
        sleep(1);
    }
    return 0;
} 

我们输入指令

kill -9 pid

可以看到

我们可以输入指令

kill -11 pid

2.2检测进程终止顺序

        首先检测进程是否出现异常，出现异常就不用管退出码，如果出现退出码，代码一定跑完了，再看退出码，异常后退出码是什么都没有任何意义。所以衡量一个进程退出我们只需要知道程序的退出码和推出信号。在进程的task_struct中有一个退出码和一个推出信号，当进程结束时会将这个给父进程。

2.3进程如何终止（exit和_exit）

        首先可以通过return实现进程终止。也可以通过exit来实现进程终止，exit在结束时会冲刷一次缓冲区,我们运行下面代码

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

int main()
{
    printf("hello process.exe\n");
    printf("exit");
    exit(0);
} 

运行后可以看到

两个都输出了。

还有一种是_exit函数，我们看下面代码

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

int main()
{
    printf("hello process.exe\n");
    printf("exit");
    _exit(0);
} 

运行后

我们可以看到exit会冲刷一次缓冲区，_exit不会冲刷缓冲区。