单片机过渡到，对linux的初识(线程到进程)

大家好，我是小昭，一路在debug调试，代码缓慢地优化中，希望生活也能优化起来……

前言

• 为了应对自身专业能力的提升和工作的要求，开始学习linux，过程中遇到一些问题，比如像mmu，为什么一般单片机上不了Linux？mmu的出现是为了解决什么问题？如果这些问题可以得到解决，我相信对入门linux学习会有一定的帮助。学习的过程我参考了很多前辈的总结分享，在这分享我整理总结的内容。

目录

• 虚拟地址的出现

• mmu解决什么问题

• fork父子进程资源拷贝

• C小测试

话不多说直接上代码例程

/*ubuntu下环境，gcc编译*/
#include 
#include 
#include 
int main(int argc,char* argv[]){
  pid_t pid;
  int a_value=0;
  /*创建子进程*/
  pid = fork();
  if(pid == -1){
    perror("fork_error!\r\n");
  }
  if(pid > 0)
  {/*父进程执行*/
    a_value=1;
    while(1){
      printf("father_process---a_value:%d,adress:%p\r\n",a_value,&a_value);
      sleep(1);//引起进程间调度
      a_value++;
    }
  }
  else if(pid == 0)
  {/*子进程执行*/
    while(1){
      printf("   son_process---a_value:%d,adress:%p\r\n",a_value,&a_value);
      sleep(1);//引起进程间调度
    }
  }
  return 0;
}

这个程序运行两个进程，分别打印输出a_value的数值和地址，先不看后面的运行结果，自己独立思考下，用着同一个变量地址可能一样，既然地址一样，数值肯定也一样。但是实际运行出来的效果，数值却不一样的，linux的进程特点也凸显出来。

运行结果：

a_value变量地址相同，父进程的中变量一直自增，子进程中的变量却还是初始值。这样也就为什么说linux中进程间的资源事互相独立，井水不犯河水。但是但是，有一点我们需要思考，与我们的认识的C语言相矛盾，按C语言的解释既然地址一样，为什么数值却不同？因为在Linux下，用户看到的地址是虚拟地址，这个地址不是变量在内存中实际的真实地址(物理地址)，是需要转换的，确切来说，他们的物理地址是不同的。补充：内核一般会先调度子进程（后文有解释）。

什么是虚拟地址和物理地址?

以stm32等MCU为例，在代码中，实际操作变量的地址全是物理地址，CPU是直接通过地址总线，访问内存（RAM），读取该地址的变量数值，这个地址就是物理地址(Physical Address)，简写PA。

而运行linux的芯片(像cortex-a、arm9和x86等)就比较牛，CPU手底下有MMU(内存管理单元，只有CPU能识别)来帮忙，当要读取变量时，它是不直接访问内存，直接访问MMU（虚拟地址Virtual Address 简写VA），MMU再访问内存（物理地址），得到变量的数值。将虚拟地址转换访问内存的不同物理地址这一过程，称地址重定位。所以再linux平台上，用户看到的地址都是虚拟地址。

mmu解决什么问题

• 还是以stm32为例子，flash的程序是bootloader+APP1+APP2(固件升级)，要让这三个程序独立运行，访问内存地址就不能重叠。那么会出现一个问题，在编译前，就要给每一个程序划分好内存空间，也就物理地址分配使用。但是像linux、window这种系统装那么多软件，显然是做不了，会访问到相同的地址，资源不能独立，访问的数据出错，系统崩溃。虚拟地址就能很好解决这个问题，即使出现相同的地址，当通过MMU地址映射，其实是他们的页表不同，就是映射的规则不一样，可以理解为一个函数 PA = f(VA)，页表看成函数f()，f()不一样，对应的物理地址肯定就不一样(可以这样简单的理解)。像多用户、权限不同、进程多的系统，更需要mmu，可以做到对系统空间保护和安全。(mmu对用户是隐藏)

补充：像stm32单片机没有进程的说法，在RTOS这种多任务系统，程序执行的最小单位：任务(线程)。

fork父子进程资源拷贝

• 当fork后，会创建一个与父进程完全相同的子进程，但进程多数是调用exec，打开其他进程。所以出于效率考虑，linux引进了**“写时复制”技术**，当父进程中的各段发生变化时，父进程才会将对应的段复制给子进程。
• 当执行fork后，子进程没有使用exec，子进程指向父进程的代码段、数据段和堆栈的物理空间(VA和PA相同，权限"只读")，当父进程的内容发生改变时，父进程才会复制对应的段分配物理空间给子进程；如果使用exec，两者的代码不用，将分配独立的物理空间，父进程的各段物理空间被子进程占用，父进程不复存在。
• OK，按照这个逻辑，多数情况是使用exec启动子进程，如果还先执行父进程，还做“写时复制”是不是会显得有点多余！？如果先执行子进程，就不用多做“写时复制”的骚操作，这也就解释为什么前面说内核会先调度子进程。

1、C小测试

#include
void swap_int(int a,int b){
  int temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}
void swap_str(char* a,char* b){
  char* temp = a;
  a = b;
  b = temp;
}
int main(int argc,char* argv[]){
  int a = 10;
  int b = 5;
  char* str_a = "hello world";
  char* str_b = "world hello";
  swap_int(a,b);
  swap_str(str_a,str_b);
  printf("%d %d %s %s\n",a,b,str_a,str_b);
  return 0;
}

思考下输出结果？

正确结果

10 5 hello world world hello

如果没有疑问就不用往下看了，要是感到诧异，请继续往下了解，一定对你有所帮助。

swap_int(a,b);这个应该没什么问题。疑问大部分会出现在swap_str()，其实代码是这样swap_str(“hello world”,“world hello”)，传入的是字符，并不是str变量地址，所以值并没发生变化。交换两个字符串，原变量数据类型是char*，要进行值交换，就要传char**二级指针，或者用C++的引用可以解决。具体交换代码示例可以到 公众号 小昭debug的自救历程 回复 C测试 查看。
我是小昭debug，如有问题，请麻烦联系我，同时，很乐意和你做技术交流。。