（P11）进程：复制进程映像、fork系统调用、孤儿进程、僵尸进程、写时复制

1.复制进程映像

• 使用fork函数得到的子进程从父进程那里继承了整个进程的地址空间，包括：进程上下文、进程堆栈、内存信息、打开的文件描述符、信号控制设置、进程优先级、进程组号、当前工作目录、根目录、资源限制、控制终端等。
• 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
  （2）各自的进程id和父进程id不同
  （3）子进程的未决告警被消除
  （4）子进程的未决信号集设置为空集
• 总结：
  （1）进程包括：代码段+数据段+堆栈段+PCB
  （2）fork之后，子进程复制父进程的代码段+数据段+堆栈段+PCB，只有PCB中的PID和PPID是不一样的
  （3）父子进程具有独立的4GB的地址空间（32bit的系统）

2.fork系统调用：调用一次，返回2次

• 包含头文件和
• 函数功能：创建一个子进程
• 函数原型
  pid_t在不同的系统，类型是不同的int short或者unsinged short，所以只能用%d的方式输出pid_t

pid_t fork(void);

参数：无参数
返回值：
如果成功创建一个子进程，对于父进程来说返回子进程id
如果成功创建一个子进程，对于子进程来说返回值为0
如果为-1，表示创建失败

• eg：fork系统调用
  为啥父进程fork之后返回>0的值？，不返回=0？
  返回的就是子进程的id号码
  因为PCB中不可能保存子进程的id列表，这样会使得PCB膨胀，信息太大
  
• eg：代码：P11fork.c

#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 child pid =%d gval=%d\n", getpid(), pid);
        sleep(3);//防止父进程先结束
    }
    else if (pid = 0)
    {
        printf("this is child pid =%d parent pid =%d gval=%d\n", getpid(), getppid());
    }

    return 0;
}

• 测试：
  父进程加不加sleep，可能出现的情况如下：
  父进程结束了，将控制权交给了shell提示符，子进程还没结束，子进程的输出信息就接在了shell提示符之后
  
  父进程加上sleep，一定是子进程先运行结束，父进程才结束
  
• fork系统调用注意点
  （1）fork系统调用之后，父子进程将交替执行
  （2）如果父进程先退出，子进程还没退出，那么子进程的父进程将变为为init进程（注意：任何一个进程都必须有父进程）
  （3）如果子进程先退出，父进程还没退出，那么子进程必须等到父进程捕获到子进程的退出状态才真正结束，否则这个时候子进程就称为僵进程。
  具体解释如下：
  fork一次调用两次返回的含义：fork成功意味着创建了一个进程副本，意味着有2个进程；
  2个进程在各自的进程地址空间中返回的
  父进程先结束，子进程还没有结束，那么子进程将称为孤儿进程，孤儿进程的含义是，其父进程是1号进程，托孤给1号进程；

3.孤儿进程、僵尸进程

• eg：代码：P11defunc.c

#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);//可以避免僵尸进程，当子进程退出时，会向父进程发送SIGCHLD信号
    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 child pid =%d gval=%d\n", getpid(), pid);
        sleep(100);
    }
    else if (pid = 0)
    {
        printf("this is child pid =%d parent pid =%d gval=%d\n", getpid(), getppid());
    }

    return 0;
}

• 测试：
  子进程运行完毕了，父进程还没有查询到子进程的退出状态，此时子进程就处于僵尸状态
  defunct就表示僵尸状态，该子进程称之为僵尸进程
  而孤儿进程的含义是：
  父进程先退出，子进程就称为孤儿进程（1号进程）
  

4.写时复制：解决系统如何实现fork？

• 如果多个进程要读取他们自己的那部分资源的副本，那么复制是不必要的
  代码段是只读的，只需要共享即可。不会被修改的数据是共享的。

• 每个进程只要保存一个指向这个资源的指针就可以了。

• 如果一个进程要修改自己的那份资源的“副本”，那么就会复制那份资源。这就是写时复制的含义。
  LInux并不复制所有的资源，而只复制对应的页，其它的页并没有复制，仍然是共享的。

• Makefile

.PHONY:clean all
CC=gcc
CFLAGS=-Wall -g
BIN=01fork 02defunc
all:$(BIN)
%.o:%.c
	$(CC) $(CFLAGS) -c $< -o $@
clean:
	rm -f *.o $(BIN)