【项目 进程2】2.3 进程创建 2.4父子进程虚拟地址空间 2.5GDB多进程调试

提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

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2.3 进程创建

系统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，形成进程树结构模型。
fork(分叉)
#include
#include
pid_t fork(void); 创建一个子进程
返回值

• 成功：子进程中返回0，父进程中返回子进程ID
• 失败：返回-1

失败的两个主要原因：

• 当前系统的进程数已经达到了系统规定的上限，这时errno的值被设置为EAGAIN
• 系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM

fork函数是在父进程中执行的

2.4 父子进程虚拟地址空间

调用fork（）函数，克隆地址空间，子进程的用户区数据和父进程一样，内核区也会拷贝过来，但是pid不同

• 在父进程内核区有一个pid = 10086。该进程调用fork()函数以后克隆一个虚拟地址空间，此时子进程内核去有一个他的进程编号pid = 10089.
• 接下来，fork的返回值是局部变量，所以在栈控件。父进程栈控件存放的就是10089，子进程是0。
• 两边的代码由于是复制过去的，所以代码一模一样，只是根据不同的局部变量分别执行程序。
• 两个内存空间有相同的内容，但是互不影响，也就是说，如果一开始就有个变量a，在父进程修改a，不会影响到子进程a的值

/*
    man 2 fork
    #include 
    #include 

    pid_t fork(void);
        函数的作用：用于创建子进程
        返回值：
            fork()的返回值会返回两次。一次是在父进程中，一次是在子进程中
            在父进程中返回创建的子进程的ID
            在子进程中返回0
            如何区分父进程与子进程：通过fork的返回值
            在父进程中返回-1，表示1创建子进程失败，并且设置errno

        父子进程之间的关系：
        区别：
            1、fork（）函数的返回值不同
                父进程中：>0返回的子进程的ID
                子进程中：=0
            2、pcb中的一些数据
                当前的进程的id pid
                当前进程的父进程的id ppid
                信号集
        
        共同点：
            某些状态下：子进程刚被创建出来，还没有执行任何的写数据的操作
                -用户区的数据相同
                -文件描述符表相同
            
        父子进程对变量是不是共享的？
            -刚开始的时候，是一样的，共享的。如果修改了数据，不共享了。
            -读时共享（子进程被创建，两个进程没有做任何的写的操作），写时拷贝
*/

#include 
#include 
#include 

int main(){
    int num=10;

    //创建子进程，在父进程中执行
    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());

        printf("parent num:%d\n",num);
        num+=10;
        printf("parent num+=10:%d\n",num);
    }else if(pid==0){
        //当前是子进程
        printf("i am child process,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());

        printf("child num:%d\n",num);
        num+=100;
        printf("child num+=10:%d\n",num);
    }

    //for循环
    for(int i=0;i<3;++i){
        printf("i:%d,pid:%d\n",i,getpid());
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

实际上，更准备来说，Linux的fork()
使用是通过写时拷贝（copy-on-write）实现。
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一个地址空间
只用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，引用计数增加，共享文件偏移指针。

父子进程之间的关系：

• 区别：
  1、fork（）函数的返回值不同
  父进程中：>0返回的子进程的ID
  子进程中：=0
  2、pcb中的一些数据
  当前的进程的id pid
  当前进程的父进程的id ppid
  信号集

• 共同点：
  某些状态下：子进程刚被创建出来，还没有执行任何的写数据的操作
  -用户区的数据相同
  -文件描述符表相同

• 父子进程对变量是不是共享的？
  -刚开始的时候，是一样的，共享的。如果修改了数据，不共享了。
  -读时共享（子进程被创建，两个进程没有做任何的写的操作），写时拷贝

2.5 GDB多进程调试

• 使用GDB调试的时候，GDB默认只能跟踪一个进程，可以在fork函数调用之前，通过指令设置GDB调试工具跟踪父进程或者是跟踪子进程，默认跟踪父进程

#include 
#include 

int main() {

    printf("begin\n");

    if(fork() > 0) {

        printf("我是父进程:pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());

        int i;
        for(i = 0; i < 10; i++) {
            printf("i = %d\n", i);
            sleep(1);
        }

    } else {

        printf("我是子进程:pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
        
        int j;
        for(j = 0; j < 10; j++) {
            printf("j = %d\n", j);
            sleep(1);
        }

    }

    return 0;
}

分别在父子进程的for循环处打断点。
子进程的部分正常运行。父进程的由于断点卡在了第十行
说明gdb默认调试父进程

• 设置调试父进程或者子进程：set follow-fork-mode [parent（默认）|child]

• show follow-fork-mode 查看当前调试进程
  

• 设置调试模式：set detach-on-fork [on|off]
  默认为on，表示调试当前进程的时候，其他进程继续运行，如果为off，调试当前进程的时候，其他进程被GDB挂起，卡在fork那边
  
  默认调试父进程，子进程走自己的，脱离GDB调试

• 查看调试的进程：info inferiors

• 切换当前调试的进程：inferior id
  注意是id 也就是Num列，不是pid切换过来以后，先c(continue)，然后让断点落在子进程程序位置，再正常调试
  

• 使进程脱离GDB调试：detach inferiors id