复制进程映像
【说明：利用fork复制的新进程，并未全部都复制了父进程的东东，这个在结尾时还会说明，先有个了解】
关于fork进程，可以用下面这种的通俗方式来理解:
首先我们先来理解一个概念，这个之后在最后还会进行总结的：
fork新创建的进程，会复制父进程的所有信息（代码段+数据段+堆栈段+PCB），但是“所有”并非绝对，还是有少部分信息是不一样的，另外还可以理解，每一个进程都有自己独立的4GB的地址空间(对于32位系统来说)
子进程与父进程的区别在于： 1、父进程设置的锁，子进程不继承 对于排它锁，如果说子进程会共享父进程的锁的话，那就有矛盾了。
2、各自的进程ID和父进程ID不同
3、子进程的未决告警被清除【了解】
4、子进程的未决信号集设置为空集【了解】
fork系统调用
【说明：关于 fork函数，它有一个特征：调用一次，返回两次,就如上面返回值的说明】
如上图所说：fork()出来的子进程成功，对于子进程来说则返回0；而对于父进程来说返回子进程ID，这是有原因的，对于进程中的PCB保存了pid和ppid，所以对于子进程来说,有办法知道pid和ppid，而对于父进程来说，如果不返回子进程的id，则就无法知道新创建的进程的号码，因为PCB中并不会保存子进程的ID列表，这样就会让PCB膨胀，所以这也是有原因的。
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0)int main(int argc, char *argv[]){ printf("before fork pid = %d\n", getpid());//打印当前进程ID，也就是原始父进程 pid_t pid; pid = fork();//产生一个新的进程，注意：它里会有两个进程执行 if (pid == -1) ERR_EXIT("fork error"); if (pid > 0) {//证明是父进程 printf("this is parent pid=%d childpid=%d\n", getpid(), pid);//getpid()为当前父进程的ID，而pid则为新创建的进程id，也就是子进程 } else if (pid == 0) {//证明是子进程 printf("this is child pid=%d parentpid=%d\n", getpid(), getppid());//getpid()为当前子进程的ID，getppid()为当前子进程所属父进程的ID } return 0;}复制代码
编译运行：
原因是由于当执行父进程之后，它就退出了，这时子进程执行时，这时子进程的父进程就变为init进程，所以就变成了1，如果我们让父进程输出延时一下，保证子进程执行时父进程没退出，就如我们的预期了：
这次再看效果：
对于fork函数，可能有一点比较难以理解，为啥它一次调用会有两次返回呢？这里再来用文字来解释一下：fork成功意味着创建了一个进程副本，意味着也就有两个进程了，两个进程都要执行各自相应的动作，所以两个进程都得要返回，实际上在内核中，是在各自的进程地址空间中返回的:
fork 系统调用注意点
关于上面的第二个注意点，，如果父进程退出了，子进程还没有退出，我们将子进程称为孤儿进程，这时会将子进程托孤给init进程。 关于第三点,其中提到了“僵尸进程”，用程序来看下现象：
这时，查看一下当前的进程状态：
僵尸状态，我们尽量得避免它，避免它的方法之一，可以采用一个系统调用----signal（信号，关于它，之后会详述，这里只是先了解一下）:
这时，编译运行，再看效果：
下面再来理解一来系统是如何实现fork()的.
写时复制copy on write
实际系统实现时，并未真正把所有的数据(代码段+数据段+堆栈段+PCB)都复制一份，只是为了方便理解，我们可以认为是数据(代码段+数据段+堆栈段+PCB)都复制了一份，实际上代码段是只读的，是可以被共享的，每个进程只要保存一个指向这个资源的指针既可，这可以加快进程的创建速度，大大提高了效率
而对于需要修改的进程才会复制那份资源，对于linux而言，它是基于页的的方式进行复制的，并没将所有数据都进行复制，只是复制需要页，其它页是不会复制的，所以我们得正确理解“每个进程有自己独立的4GB(对于32位系统来说)的地址空间”，实际上不被修改的数据是共享的，对于这个理论，大致了解下，也是为了加深对fork()函数的理解。
fork之后父子进程共享文件
父进程打开两个文件：
这时通过fork()函数新建了一个子进程，这时它共享父进程的文件，其结构如下：
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0)int main(int argc, char *argv[]){ signal(SIGCHLD, SIG_IGN); printf("before fork pid = %d\n", getpid()); int fd; fd = open("test.txt", O_WRONLY);//父进程打开一个文件 if (fd == -1) ERR_EXIT("open error"); pid_t pid; pid = fork(); if (pid == -1) ERR_EXIT("fork error"); if (pid > 0) { printf("this is parent pid=%d childpid=%d\n", getpid(), pid); write(fd, "parent", 6);//父进程往文件中写入内容 sleep(1);//睡眠是为了避免孤儿进程的产生，保证子进程执行的时候，父进程没有退出 } else if (pid == 0) { printf("this is child pid=%d parentpid=%d\n", getpid(), getppid()); write(fd, "child", 5);//子进程往文件中写入内容 } return 0;}复制代码
先创建一个"test.txt"，里面是空内容:
也就是可以说明，子进程是共享父进程打开的文件表项的。
注意：有时候可能会test.txt的内容输出如下:
上面这种输出并没有按照我们的预想，可能的原因是跟两个进程的静态问题造成的，这个问题比较复杂，可以这样理解：也就是还没等子进程执行，父进程就已经结束了，这时子进程的文件偏移量会从0开始，所以之前父进程写入了parent，由于它退出来，子进程从0的位置开始写，所以最终输出就如上图所示了，为了保证如我们预期来输出，可以将睡眠时间加长上些，保证子进程执行时，父进程没有退出，如下:
fork【几乎都用它】与vfork【几乎很少用它】
上节中我们知道，fork的拷贝机制是copy on write，图中所说的exec函数，是指加载一个新的程序来执行，这个下面会有介绍到，先大概了解下，如果说没有copy on write机制的话，那父子进程都有自己独立的进程空间，也就是子进程需要完完全全的拷贝父进程的地址空间，而如果子进程中执行exec的话，等于它被一个新的程序替换掉了，它根本不需要拷贝父进程的数据，所以就会造成地址空间的浪费，这时才引入了vfork，也就是vfork之后子进程在执行exec之前，是不会拷贝父进程的地址空间的，不管子进程有没有改写数据，它是一个历史问题(说得有点抽象，下面会以具体代码来一一阐述的)。
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0)int gval = 100;int main(int argc, char *argv[]){ signal(SIGCHLD, SIG_IGN); printf("before fork pid = %d\n", getpid()); pid_t pid; pid = fork();//这里是用的copy on write机制 if (pid == -1) ERR_EXIT("fork error"); if (pid > 0) { sleep(1);//它的目的是为了让子进程先对gval进行++操作，以便观察父进程是否会受影响 printf("this is parent pid=%d childpid=%d gval=%d\n", getpid(), pid, gval); sleep(3); } else if (pid == 0) { gval++;//子进程来改写数据 printf("this is child pid=%d parentpid=%d gval=%d\n", getpid(), getppid(), gval); } return 0;}复制代码
编译运行：
其原因也就是由于fork()是采用copy on write的机制，下面用图来解析一下上面的结果：
下面将其改为vfork来实现:
编译运行：
这个输出结果，可以表明，vfork产生子进程，当改写数据时也不会拷贝父进程的空间的，父子是共享一份空间，所以当子进程改写的数据会反映到父进程上。
另外这段程序中出现了一个“段错误”,这是因为：
这时，编译再运行，就不会有错误了：
另外执行exec函数也一样，关于它的使用，之后再来介绍。
提示：vfork是一个历史问题，了解一下既可，实际中很少用它！
在演示vfork时，提到“子进程必须立刻执行_exit”，那如果用exit(0)退呢？
编译运行：
我们通常会将return 0 与exit(0)划等号，但如果在vfork()中，还是划等号么？
编译运行：
那exit与_exit有啥区别呢？下面来探讨下，在探讨之前，先来回顾一下进程的五种终止方式：
下面以一个图来说明exit与_exit的区别：
区别一：exit是C库中的一个函数；而_exit是系统调用。
区别二：exit在调用内核之前，做了“调用终止处理程序、清除I/O缓冲”;而_exit是直接操作内核，不会做这两件事。
编译运行：
exit(0)相当于return 0;所以可想将上面return 0换为exit(0)也是一样的能在屏幕上打印出来，那如果换成_exit(0)呢？
这时编译运行：
这时就正常显示了：
另外对于exit来说，它会调用“终止处理程序”,所谓“终止处理程序”，就是指在程序结束的时候会调用的函数代码段，这些代码段，需要我们安装才可以，可以用如下函数：
其中传递的参数是函数指针。
编译运行：
如果换成是_exit()呢？
编译运行：
插一句：对于fork函数，有一个问题需进一步阐述一下，以便加深对它的理解：
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0)int main(int argc, char *argv[]){ signal(SIGCHLD, SIG_IGN); printf("before fork pid = %d\n", getpid()); pid_t pid; pid = fork(); if (pid == -1) ERR_EXIT("fork error"); if (pid > 0) { printf("this is parent pid=%d childpid=%d\n", getpid(), pid); sleep(3); } else if (pid == 0) { printf("this is child pid=%d parentpid=%d\n", getpid(), getppid()); } return 0;}复制代码
输出：
对于上面这段程序，就是上节中学习过的，但是有个问题值得思考一下，为啥fork()之后，不是从"before fork"从main的第一行起输出，而是从fork()之后的代码中去输出，这时因为fork()之后，拷贝了“代码段+数据段+堆栈段+PCB”，也就是两个进程的信息几乎都是一样，而由于堆栈段+PCB几乎是一样的，所以它会维护当前运行的信息，所以每个进程会从fork()之后的代码继续执行，这一点需要理解。
另外，再看一个跟fork()相关的程序:
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0)int main(int argc, char *argv[]){ fork(); fork(); fork(); printf("ok\n"); return 0;}复制代码
编译运行：
这是为什么呢？因为第一个fork()时，会产生两个进程，这时这两个进程都会执行它后面的代码，也就是第二个fork()，这时就有四个进程执行第二个fork()了，同样的，这时四个进程就会执行它下面的代码，也就是第三个fork()，这时就再产生四个进程，总共也就是八个进程了，这个比较不好理解，好好想一下！
最后，我们来说明一下execve函数，这个在上面介绍vfork()函数时，已经提到过了，它的作用是:替换进程映像，这时对它进行使用说明：
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0)int gval = 100;int main(int argc, char *argv[]){ signal(SIGCHLD, SIG_IGN); printf("before fork pid = %d\n", getpid()); pid_t pid; pid = vfork(); if (pid == -1) ERR_EXIT("fork error"); if (pid > 0) { printf("this is parent pid=%d childpid=%d gval=%d\n", getpid(), pid, gval); } else if (pid == 0) { char *const args[] = { "ps", NULL}; execve("/bin/ps", args, NULL);//将子进程完全替换成/bin/ps中的ps进程命令，所以这句话之后的代码就不会执行了，因为是完全被替换了 gval++; printf("this is child pid=%d parentpid=%d gval=%d\n", getpid(), getppid(), gval); } return 0;}复制代码
编译运行：
exec替换进程映象
对于fork()函数，它创建了一个新进程，新进程与原进程几乎是一样的，而对于shell命令，如：
对于shell命令，它本身就是一个进程，要想执行ls程序，则需去加载ls程序，这时shell命令进程则需fork()创建一个新进程，而我们知道新创建的进程与原进程几乎是一样的，也就意味着新的进程的代码还是跟shell程序本身是一样的，也就无法执行ls程序，所以，这时我们只有将新进程用ls程序替换，也就是用exec系列函数来替换，这也就是它的意义所在。
exec关联函数组
编译运行：
那如果被execlp函数替换后的进程ID是否会发生变化呢？为了说明这个问题，我们先编写一个打印进程ID的程序：
hello.c:
编译,会用execl替换我们编写的程序，来论证我们提出的问题：
再来用execl替换成我们写的hello程序：
这时运行：
如果将程序做一点小改动，如下：
这时编译运行：
这时为什么呢？这是因为execlp函数执行失败了，所以没有替换成功，可以打印一下错误信息：
编译运行：
这时因为:
其中linux的环境变量如下：
下面就具体对execlp系列的每个函数进行研究，先从整体上来看一下这些函数:
下面用代码来演示一下execlp与execvp这两个函数用法的差别：
编译运行：
换成不带l的函数，看下它的使用方式：
其运行结果跟上面一样，这就是带l的函数与不带l函数的使用区别。
下面来说明一下函数参数的意义：
下面，我们来研究一下下面两个函数的区别：
编译运行:
这是因为execl中的程序名需要带上全路径，而execlp不需要定全路径，会自动在环境变量中去搜寻，这就是带p与不带p的区别，于是我们看一下ls命令的路径：
于是，将这个路径替换一下：
再次编译运行：
所以，对于下面这两个函数也就明白啥区别了：
这里就不做实验了，对于exec系列的函数，最后还剩一个execle函数：
下面就以实际代码来解析下这个参数的含义：
hello.c还是之前的代码，再贴出来：
编译运行：
下面我们将hello.c来输出程序的环境变量，实际上有对应的shell命令能够输出，效果如下：
于是改装我们的hello.c:
而对于environ的数据结构是这样的：
这时，编译一下执行hello:
这时，我们再执行之前替换hello的函数，这时也会输出环境信息：
这时我们将execl函数，改为execle，并传递我们自己的环境信息：
编译运行：
至此，我们已经把exec系列相关的函数的区别，就已经全部学完了，可以好好体会下，对于这些函数，下面再来说明下：
execve我们可以看一下帮助：
最后，再来补充一个知识，在之前我们学过了fcntl函数，该函数功能很强大，其中还漏了一个没有学到，就是：
编译运行：
如果没有用fcntl设置，我们是能看到./hello程序的输出结果的，这也就是FD_CLOEXEC标志的作用了，它会对exec系列的函数产生影响，记住这点就可以了。
其实，打开一个文件时，也可以带上FD_CLOEXEC：
SIGCHLD
【说明:关于信号，很快就会有一个专题来仔细研究它，现在可以简单认为：它是一种异步通知事件】
【说明：如果父进程没有查询子进程的退出状态，子进程是没有办法真正完全退出的，这时子进程的状态就称为僵尸状态，该进程就叫僵尸进程】
wait
#include#include #include //提供wait函数声明#include #include #include #include #include #include #include #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0)int main(int argc, char *argv[]){ pid_t pid; pid = fork(); if (pid == -1) ERR_EXIT("fork error"); if (pid == 0) { sleep(3);//子进程休眠，是为了看到父进程会等待子进程退出 printf("this is child\n"); exit(100); } printf("this is parent\n"); int status; wait(&status);等待子进程退出 return 0;}复制代码
看一下编译运行效果，下面用动画来展现，以便能体现到wait的意义：
从图中可以感受到，父进程虽然是已经输出了，但是一直是等到子进程退出了才退出，这也就是wait会让父进程去查子进程的退出状态，从而避免了僵尸进程的出现。
编译运行：
对于这些状态信息，可以通过调用系统宏来查询，下面具体来介绍下：
编译运行：
下面我们可以用abort函数，来模拟子进程非法退出的情况：
这时再编译运行：
实际上，对于子进程非法退出的，还可以判断得再仔细一些，因为有好几种情况可以造成子进程非法退出，如上图所示，一是因为捕获信号而终止，二是被暂停了，具体用法如下：
编译运行：
【说明：上面的这些宏在sys/wait.h头文件里定义】
waitpid
对于上面刚学完的wait，它是等待随意的进程退出，因为一个父进程可以有多个子进程，如果只要有一个子进程退出，父进程的wait就会返回；
而waitpid则可以等待特定的进程退出，这是两者的区别,下面就来具体学习下这个函数的用法：
对于waitpid的pid参数的解释与其值有关：
实际上可以通过查看man帮助得到这个信息：
可以将我们之前的程序用waitpid替换一下，效果一样：
也同样，用它来改装我们之前的程序，对于父进程，实际上只有一个子进程，就可以直接传子进程的id既可，只等待这个子进程：
效果一样：
比如：waitpid(-100,&status,0)的意思就是，等待进程组ID=100里面的任一一个子进程。
最后，关于wait和waitpid，进行一个总结：
另外，对于僵进程,已经被提到过好几次了，最后再来总结一下：
僵进程
如何避免僵进程
system
实际上，它就等于用代码去执行我们在命令行中敲的那些shell命令，下面就以实际代码来认识这个函数的使用：
编译运行：
实际上，system()函数是调用"/bin/sh -c"，如下：
对于这个函数的使用，其实没什么难的，但是这个函数很有代表性，我们可以通过它来综合运用我们所学习东西，这样其实还是挺有意义的，接下来，会自己实现一个跟system同样的功能，来达到理解system函数的实现原理：
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0)int my_system(const char *command);//自己实现有system函数声明int main(int argc, char *argv[]){ my_system("ls -l | wc -w");//这里改用自己实现在system return 0;}int my_system(const char *command){ pid_t pid; int status; if (command == NULL) return 1; if ((pid = fork()) < 0) status = -1;//出现不能执行system调用的其他错误时返回-1 else if (pid == 0) {//子进程 execl("/bin/sh", "sh", "-c", command, NULL);//替换成sh进程 exit(127);//如果无法启动shell运行命令，system将返回127，因为如果成功替换了之后，是不会执行到这句来的 } else {//父进程会等到子进程执行完 while (waitpid(pid, &status, 0) < 0) { if (errno == EINTR)//如果是被信号打断的，则重新waitpid continue; status = -1; break; } //这时就顺利执行完了 } return status;}复制代码
编译运行：
什么是守护进程
守护进程的创建步骤
在描述它之前，首先得先了解两个概念：进程组、会话期:
而它里面有bash shell进程组，里面只有bash进程：
而一个会话期，实际上就对应一个终端，当我们打开多个虚拟终端时，可以用tty来查看终端数：
而守护进程是跟控制终端无关的，并且是在后台执行的，如果想让我们在shell中启动的进程变成守护进程，则应该将它放到会话期当中:
那这时，我们需要一个创建新的会话期的函数，实际上是系统函数，它为setsid(),通过man来查看一下它的说明：
这就意味着，我们在创建一个新的会话期之前，需要准备一个进程，保证该进程不是一个进程组组长，那如何保证呢？由于我们运行的shell命令的父进程可能是进程组组长，所以需要让父进程退出，这样就可以保证fork出来的子进程不是进程组组长，从而可以创建一个新的会话期了，总结一下上面说的流程：
按照上面的步骤下面以具体代码来实现一个守护进程：
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0)int setup_daemon(void);int main(int argc, char *argv[]){ return 0;}int setup_daemon(void){ pid_t pid; pid = fork(); if (pid == -1) ERR_EXIT("fork error"); if (pid > 0)//将父进程退出，保证子进程不是进程组组长 exit(EXIT_SUCCESS); setsid();//如果走到这，代表是子进程，由于它不是一个进程组组长，所以可以创建一个新的会话期 return 0; }复制代码
当我们用setsid()创建一个新的会话期之后，会有一个什么样的影响呢，还是接着看它的说明介绍：
也就是如下图所示：
其实上面的程序就已经实现了一个守护进程，我们调用一下运行看下：
编译运行：
我们来查看下进程：
守护进程通常是在系统运行而运行的，通常将当前目录改为根目录，因为有可能守护进程是在某个shell提示符下运行的， 那么当前目录就是shell提示符所在的目的， 就拿我们创建的这个守护进程而言，它的当前目录为：
这样，系统管理员就无法umount这个目录，因为守护进程是学期在后期运行的，这个目录不应该作为它的环境，所以这就产生了创建守护进程的第四个步骤：
修改代码：
最后还有一个步骤：
【说明：/dev/null表示空设备，这里就是把日志记录到空设备里，就是不记录日志。】
这时再运行，如果我们往屏幕输出内容，这时是看不到内容的，因为已经将标准输出重定向了空设备：
daemon
实际上linux上已经有现成的方法可以创建一个守护进程了，如下：
在运行它之前，我们来看下现在应该有几个守护进程了：
先将其都杀掉，以便来观察调用系统的创建守护进程是否成功：
这时，再运行：
对于系统的这个函数，都是传递的0，如果传递1会怎样呢？
编译运行：
实际上，对于我们写的守护进程，也可以模拟成跟系统调用方式一样，修改程序如下：
#include#include #include #include #include #include #include #include #include #include #define ERR_EXIT(m) \ do \ { \ perror(m); \ exit(EXIT_FAILURE); \ } while(0)int setup_daemon(int nochdir, int noclose);//模拟系统创建守护进程的函数声明int main(int argc, char *argv[]){ setup_daemon(1, 1);//这时改用跟调用系统创建守护进程的自己实现的函数 printf("test ...\n"); for (;;) ; return 0;}int setup_daemon(int nochdir, int noclose){ pid_t pid; pid = fork(); if (pid == -1) ERR_EXIT("fork error"); if (pid > 0) exit(EXIT_SUCCESS); setsid(); if (nochdir == 0)//实现很简单，做下参数判断既可 chdir("/"); if (noclose == 0) { int i; for (i=0; i<3; ++i) close(i); open("/dev/null", O_RDWR); dup(0); dup(0); } return 0;}复制代码
编译运行：
【提示：在创建守护进程时，不重定向至空设备其实对于开发期间便于调试，如果等程序发布了之后，就得重定向了！】