【学习点滴】linux笔记，fork底层实现、信号、进程、vi

本文详细介绍了Linux系统中的进程概念，包括Vi编辑器的三种模式、fork函数的底层实现、进程间通信以及信号的发送与捕捉。特别强调了fork函数如何复制父进程的资源，并探讨了孤儿进程和僵尸进程的状态。此外，文章还提到了wait函数的使用以及exec函数族在子进程中的作用。最后，讨论了命名管道和实时信号在进程间通信中的应用。

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linux下安装gcc和g++

su 到root用户下，输入命令

yum install gcc 即可安装gcc，然后再

yum install gcc-c++ 即可安装g++

第一次在linux下编译运行c++程序：

用vim编辑器新建一个cpp文件：vim helloworld.cpp

在此文件中写好c++程序，然后：wq退出

在终端中输入 g++ -o main helloworld.cpp -lm 即可编译cpp程序，并将生成的程序命名为main

若编译成功，则不会返回任何信息

然后输入./main来调用刚刚生成的文件，效果：

Vi三种模式详解

命令行模式（command mode/一般模式）
　　任何时候，不管用户处于何种模式，只要按一下“ESC”键，即可使Vi进入命令行模式；我们在shell环境（提示符为$）下输入启动Vi命令，进入编辑器时，也是处于该模式下。
　　在该模式下，用户可以输入各种合法的Vi命令，用于管理自己的文档。此时从键盘上输入的任何字符都被当做编辑命令来解释，若输入的字符是合法的Vi命令，则Vi在接受用户命令之后完成相应的动作。但需注意的是，所输入的命令并不在屏幕上显示出来。若输入的字符不是Vi的合法命令，Vi会响铃报警。

文本输入模式（input mode/编辑模式）
　　在命令模式下输入插入命令i（insert）、附加命令a （append）、打开命令o（open）、修改命令c（change）、取代命令r或替换命令s都可以进入文本输入模式。在该模式下，用户输入的任何字符都被Vi当做文件内容保存起来，并将其显示在屏幕上。在文本输入过程中，若想回到命令模式下，按"ESC"键即可。

末行模式（last line mode/指令列命令模式）
　　末行模式也称ex转义模式。
　　Vi和Ex编辑器的功能是相同的，二者主要区别是用户界面。在Vi中，命令通常是单个键，例如i、a、o等；而在Ex中，命令是以按回车键结束的正文行。Vi有一个专门的“转义”命令，可访问很多面向行的Ex命令。在命令模式下，用户按“:”键即可进入末行模式下，此时Vi会在显示窗口的最后一行（通常也是屏幕的最后一行）显示一个“:”作为末行模式的提示符，等待用户输入命令。多数文件管理命令都是在此模式下执行的（如把编辑缓冲区的内容写到文件中等）。末行命令执行完后，Vi自动回到命令模式。

dd命令用于复制文件并对原文件的内容进行转换和格式化处理。dd命令功能很强大的，对于一些比较底层的问题，使用dd命令往往可以得到出人意料的效果。用的比较多的还是用dd来备份裸设备。但是不推荐，如果需要备份oracle裸设备，可以使用rman备份，或使用第三方软件备份，使用dd的话，管理起来不太方便。

df命令用于显示磁盘分区上的可使用的磁盘空间。默认显示单位为KB。可以利用该命令来获取硬盘被占用了多少空间，目前还剩下多少空间等信息。

top命令可以实时动态地查看系统的整体运行情况，是一个综合了多方信息监测系统性能和运行信息的实用工具。通过top命令所提供的互动式界面，用热键可以管理。

netstat命令用来打印Linux中网络系统的状态信息，可让你得知整个Linux系统的网络情况。

du查看目录大小，df查看磁盘使用情况。
我常使用的命令（必要时，sudo使用root权限），
1).查看某个目录的大小：du -hs /home/master/documents
查看目录下所有目录的大小并按大小降序排列：sudo du -sm /etc/* | sort -nr | less
2).查看磁盘使用情况（文件系统的使用情况）：sudo df -h
df --block-size=GB
-h是使输出结果更易于人类阅读；du -s只展示目录的使用总量（不分别展示各个子目录情况），-m是以
MB为单位展示目录的大小（当然-k/-g就是KB/GB了）。

3,du使用详细案例
a：显示全部目录和其次目录下的每个档案所占的磁盘空间
s：只显示各档案大小的总合
b：大小用bytes来表示
x：跳过在不同文件系统上的目录不予统计
a：递归地显示指定目录中各文件及子孙目录中各文件占用的数据块数
...

进程

父子进程究竟共享啥，复制了啥：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include < unistd.h>
int global = 1； //初始化的全局变量，存在data段
int main(){
	pid_t pid;
	int stack =1; //局部变量，存在栈
	int *heap;	//指向堆变量的指针
	heap=(int *)malloc(sizeof(int));
	*heap=3;
	pid=fork();
	if(pid<0){
		perror("fail to fork");
		exit(-1);
	}
	else if(pid==0){
		//子进程， 改变变量的值
		global++;
		stack++;
		(*heap)++;
		printf("in sub-process, global:%d, stack:%d, *heap:%d \n", global,stack,*heap);
		exit(0);
	}
	else{
		sleep(2);	//休眠2 秒钟，确保子进程已执行完毕， 再执行父进程
		printf("in parent-process, global:%d, stack:%d, *heap:%d \n", global,stack,*heap);
	}
	
	return 0;
}

执行结果：

事实上，子进程完全复制了父进程的地址空间的内容，包括堆栈段和数据段的内容。但是，子进程并没有复制代码段，而是和父进程共用代码段。这样做是合理的，因为子进程可能执行不同的流程来改变数据段和堆栈段，因此需要分开存储父子进程各自的数据段和堆栈段。但是代码段是只读的，不存在被修改的问题，因此代码段可以让父子进程共享，以节省存储空间。父进程和子进程共享fork之后的程序段、打开的文件、工作目录、共享内存，注意锁不继承。

1.fork()函数

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

int main(void)
{
    pid_t pid;
    printf("xxxxxxxxxxxxxxx\n");
    
    pid = fork();
    if(pid == -1){
        perror("fork error:");
        exit(1);
    }
    else if(pid==0)
        printf("i'm child ,pid = %u,ppid=%u \n",get_pid(),get_ppid());
    else{
        printf("i'm parent,pid = %u,ppid=%u \n",get_pid(),get_ppid());
        sleep(1);
    }

    printf("yyyyyyyyyyyyyyy\n");
    return 0;

}

循环创建n个子进程：


#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

int main(void)
{
    int i;
    pid_t pid;
    printf("xxxxxxxxxxxxxxx\n");
    
    for(i=0;i<5;i++){
    pid = fork();
    if(pid == 0){
        break;
    }
    if(i<5)
        printf("i'm child ,pid = %u,ppid=%u \n",get_pid(),get_ppid());
    else{
        printf("i'm parent,pid = %u,ppid=%u \n",get_pid(),get_ppid());
        sleep(i);
    }

    printf("yyyyyyyyyyyyyyy\n");
    return 0;

}

2.fork()、vfork()、clone()的区别

进程的四要素：

（1）有一段程序供其执行（不一定是一个进程所专有的），就像一场戏必须有自己的剧本。

（2）有自己的专用系统堆栈空间（私有财产）

（3）有进程控制块（task_struct）（“有身份证，PID”）

（4）有独立的存储空间。

缺少第四条的称为线程，如果完全没有用户空间称为内核线程，共享用户空间的称为用户线程。

一、fork()

fork()函数调用成功：返回两个值；父进程：返回子进程的PID；子进程：返回0；

失败：返回-1；

fork 创造的子进程复制了父亲进程的资源（写时复制技术），包括内存的内容task_struct内容（2个进程的pid不同）。这里是资源的复制不是指针的复制。

读时共享写时复制（Copy-On-Write）：在fork()之后exec之前两个进程用的是相同的物理空间（内存区），先把页表映射关系建立起来，并不真正将内存拷贝。子进程的代码段、数据段、堆栈都是指向父进程的物理空间，也就是说，两者的虚拟空间不同，但其对应的物理空间是同一个。当父进程中有更改相应段的行为发生时，如进程写访问，再为子进程相应的段分配物理空间，如果不是因为exec，内核会给子进程的数据段、堆栈段分配相应的物理空间（至此两者有各自的进程空间，互不影响），而代码段继续共享父进程的物理空间（两者的代码完全相同）。而如果是因为exec，由于两者执行的代码不同，子进程的代码段也会分配单独的物理空间。fork时子进程获得父进程数据空间、堆和栈的复制所以变量的地址（当然是虚拟地址）是一样的。

二、vfork()

vfork是一个过时的应用，vfork也是创建一个子进程，但是子进程共享父进程的空间。在vfork创建子进程之后，父进程阻塞，直到子进程执行了exec()或者exit()。vfork最初是因为fork没有实现COW机制，而很多情况下fork之后会紧接着exec，而exec的执行相当于之前fork复制的空间全部变成了无用功，所以设计了vfork。而现在fork使用了COW机制，唯一的代价仅仅是复制父进程页表的代价，所以vfork不应该出现在新的代码之中。

3.clone

clone是Linux为创建线程设计的（虽然也可以用clone创建进程）。所以可以说clone是fork的升级版本，不仅可以创建进程或者线程，还可以指定创建新的命名空间（namespace）、有选择的继承父进程的内存、甚至可以将创建出来的进程变成父进程的兄弟进程等等。

clone函数功能强大，带了众多参数，它提供了一个非常灵活自由的常见进程的方法。因此由他创建的进程要比前面2种方法要复杂。clone可以让你有选择性的继承父进程的资源，你可以选择想vfork一样和父进程共享一个虚存空间，从而使创造的是线程，你也可以不和父进程共享，你甚至可以选择创造出来的进程和父进程不再是父子关系，而是兄弟关系。

问题：clone和fork的区别：

（1） clone和fork的调用方式很不相同，clone调用需要传入一个函数，该函数在子进程中执行。

（2）clone和fork最大不同在于clone不再复制父进程的栈空间，而是自己创建一个新的。（void *child_stack,）也就是第二个参数，需要分配栈指针的空间大小，所以它不再是继承或者复制，而是全新的创造。

fork底层实现

linux通过clone()系统调用实现fork()。

fork(),vfork(),和_clone()库函数都根据各自需要的参数标志去调用clone(),然后由clone()去调用do_fork()。

do_fork()完成了创建中的大部分工作，它定义在kernel/fork.c中。该函数调用copy_process()，copy_process()实现的工作如下

1.调用dup_task_struct()为新进程创建一个内核栈，thread_info结构和task_struct,这些值与当前进程的值相同。此时，子进程和父进程的描述符是完全相同的。
2.检查新创建的这个子进程后，当前用户所拥有的进程数目没有超出给他分配的资源的限制。
3.现在，子进程着手使自己与父进程区别开来。进程描述符内的许多成员都要被清0或设为初始值。进程描述符的成员值并不是继承而来的，而主要是统计信息，进程描述符中大多数的数据都是共享的。
4.接下来，子进程的状态被设置为TASK_UNINTERRUPTIBLE(不可中断)以保证它不会投入运行。
5.copy_process()调用copy_flags()以更新task_struct的flags成员。表明进程是否拥有超级用户权限的PF_SUPERPRIV标志被清0.表名进程还没有调用exec()函数的PF_FORKNOEXEC标志被设置。
6.调用get_pid()为新进程获取一个有效的PID
7.根据传递给clone()的参数标志，copy_process()拷贝或共享打开的文件，文件系统信息，信号处理函数，进程地址空间和命名空间等。在一般情况下，这些资源会被给定进程的所有线程共享；否则，这些资源对每个进程是不同的，因此被拷贝到这里。
8.让父进程和子进程平分剩余的时间片
9.最后copy_process()做扫尾工作并返回一个指向子进程的指针

再回到do_fork()函数，如果copy_process函数成功返回，新创建的子进程被唤醒并让其投入运行。内核有意选择子进程首先执行。因为一般子进程都会马上调用exec()函数