Linux C创建进程及父子进程虚拟地址空间(附源码)

news2024/11/13 9:32:27

1.Linux创建进程

       Linux允许一个进程创建新进程,新进程即为子进程,子进程还可以创建新的子进程,形成进程树型结构模型。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值:
	成功:子进程返回0,父进程返回子进程ID
	失败:返回-1

子进程失败的两个原因:
1.当前系统的进程数已经达到了系统规定的上限,这时errno的值设置为EAGAIN。
2.系统内存不足,这时errno的值被设置为ENOMEM。
       Fork代表分叉,从当前进程分出一个进程来也就是创建子进程。我们可以在Linux上查询它的具体函数及其说明,使用man 2 fork,在第二章系统函数里面。

2.创建进程例子

       假设让父进程打印标志父进程的语句,子进程打印标志子进程的语句,然后两者均打印循环,下面是对应的示例代码。

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

int main() {
	// 创建子进程
	pid_t pid = fork();

	// 判断是父进程还是子进程
	if(pid > 0){
		// 如果大于0,返回的是创建的子进程的进程号,当前是父进程
		printf("I am parent process,pid:%d,ppid:%d\n", getpid(), getppid());
	} else if(pid == 0){
		// 当前是子进程
		printf("I am child process,pid:%d,ppid:%d\n", getpid(), getppid());
	}
	
	for(int i = 0; i < 3; i++){
		printf("i:%d, pid:%d\n", i, getpid());
		sleep(1);
	}
	
	return 0;
}

       这里的getpid()是获取进程的进程号,getppid()是获取进程的进程号。
       如果将if后面的语句块作为①,else if后面的语句块作为②,for循环语句块作为③,那么父进程的执行包含①③,子进程的执行包含②③。

3.父子进程虚拟地址空间

可以看到父子进程虚拟地址空间分布如图所示:
在这里插入图片描述
       首先是父进程的虚拟地址空间如上图左所示,经过fork以后,子进程的虚拟地址空间也复制了父进程的,用户区和内核区都是一样的,不一样的就是pid不同。由于我们在代码使用的临时变量接收,那么这个变量会存放在栈空间中,父进程的接收的pid的值则为子进程的pid,子进程的变量则为0,接下来运行后面的代码,由于pid变量的不同执行不同的代码。
       问题来了:都有变量num,在父进程里面加10,在子进程里面加100,那么会出现num互相影响加在一起的情况吗。
      答案是不会的,因为它们都有自己的栈空间。都在自己的虚拟地址空间有num,其变量名虽然一样,但在两个不同的空间,所以互不影响。
      更准确来说,Linux的fork() 使用是通过写时拷贝(copy- on-write) 实写时拷贝是一种可以推迟甚至避免拷贝数据的技术。内核此时并不复制整个进程的地址空间,而是让父子进程共享同个地址空间。只有在需要写入的时候才会复制地址空间,从而使各个进行拥有各自的地址空间。也就是说,资源的复制是在需要写入的时候才会进行,在此之前,只有以只读方式共享注意: fork之后父子进程共享文件,fork产生的子进程与父进程相同的文件文件描述符指向相同的文件表。
       fork函数之后不是完全拷贝,而是写时拷贝,意思就是说不是立马创建,而是当有数据写入内存发生改变的时候才进行复制。之前的话都是子进程都是共享父进程内存地址空间的,比如num一开始都为10,但是当其中一个发生改变之后,另外一个进程不可能还是不改变,所以进行复制指向内存一块新的地址空间。在设计初期确实是fork之后立马创建新的虚拟地址空间,但是这样做的话太浪费内存,也浪费时间,所以采用了这种读时共享,写时拷贝的方法加以改进。

4.总结

本次博客介绍了Linux如何创建进程,以及创建之后父子进程之间如何共存和谐相处,也就是它们的虚拟地址空间分布情况。下次将接着介绍Linux进程编程的其它内容。
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