7-13进城控制--加载和执行进程

前面少了一节课7-12

exec是想让当前进程执行新的程序，当他执行新的程序后，所有地址空间的代码、数据都已经变成新的程序里面存的内容了。

可以看上述代码，fork之后，fork返回值是-1，代表是当前执行的地址空间是在指定的地址空间执行的，接着就会执行exec,

需要注意的是，后面还有一句，printf("Why would I execute?")，为什么还有这个呢？ 这个其实放在这是做一个提醒作用， 就是说如果你执行了exec这个系统调用之后，其实当前这个子进程的地址空间里面代码段已经被覆盖了，也意味接下来这条语句（printf("Why would I execute?")）代码的内容已经被新的程序，比如说calc计算器c程序覆盖了，其实这句话根本执行不到，所以在这写这句话，如果执行到，肯定是出了什么问题，比如exec失败了。

如果这个pid是大于0的，意味着在父进程空间。

需要注意的是最后有一个wait,后面会讲到，等待子进程结束，因为这个pid，大于0，其实就是代表子进程的pid号，假设wait返回了，也就意味着子进程结束了，

但是上面else这句话有没有漏洞呢？pid的fork返回值有3种状态，大于0，小于0，等于0

当else这句话执行的时候，其实有两种情况，小于或者大于，应该更细化，如果小于0，意味着fork是失败的系统调用，应该提示error,而如果是pid>0，则执行老的else里面的内容。

执行fork之后，代码和数据都复制了一份，

执行exec的时候pid没变，但是他里面的代码是变了，但是里面执行的代码是变了，从本来的程序变成了/bin/calc 这个程序里面的代码内容，

下面是实际内存中的布局图：

下图是执行fork

下图是执行完exec后，可以看到PCB信息有变化，另外内存空间有很大的变化，因为它栈段完全被这个新的程序所替换，而且也是从calc的main函数开始执行。

执行exec的时候，这个进程本身的代码段、数据段、堆、和栈都会被覆盖，

还要关注下fork的执行开销，因为在程序执行过程中会创建很多的进程，我们观察到一点，执行fork的时候，接下来99%都会执行exec,就意味着，我们创建一个新的进程，更多的是让它执行不同的程序，这里面有一些值得优化的地方，fork是要把父进程的地址空间完全复制一份到子进程中来，这里有一个内存的大量拷贝，需要把代码段数据段全都拷贝到另一进程地址空间中去，但是接下来执行exec的时候，你刚才所做的拷贝全都没有用，为什么呢？因为它要去还在新的程序，要把你这个代码段，数据段给重新覆盖掉，所以你前面做的fork的拷贝是多余的。

优化：

方法1：vfork，早期unix系统提供的一种手段，做fork的时候只是复制y一小部分，j绝大部分都没有复制，因为它知道调完vfork之后，我们的程序会紧接着调用exec,使得效率高。但是这个增加了编程人员的开销，增加了一个fork和vfork

方法2：编程人员还是只有fork一个系统调用就行了，而不需要考虑什么时候后面程序是执行exec还是不执行exec的系统调用好。结合之前讲的内存管理，其实操作系统里面，各个子系统之间是相互支持相互帮助的，我们通过虚存管理，就可以实现一个高效的fork实现机制，这里面有个技术叫copy on write (COW). 就是写的时候再进行复制，有了这个技术支持之后，我们fork的实现就高效很多。大致意思是，当父进程创建子进程的时候，如果是采用COW技术，我们在做实际的子进程地址空间复制的时候，并没有像之前一样把整个地址空间真实的复制，而只是复制，父进程地址空间所需要的元数据，这些元数据其实就是页表，他们指向同一块内存空间，当父进程或者子进程对某一个地址单元进行写操作的时候，会触发一个异常，使得无论是父进程还是子进程，要完成一个操作，就是把触发异常的这个页给他复制成两份，使得我们父进程和子进程分别有不同的地址。通过这种方式，可以实现按需的一种情况。按需写的一种情况复制，如果你全部做只读，我确实没必要复制。只有当写的时候，这个父进程和子进程有不同的页表。

方法2就很有效果，不管你后面执不执行exec，我们的fork第一她还是完全和之前的语义是一样的，第二执行效率很高，因为它只复制了跟着地址空间管理相关的所需要的元数据等等，但是它根据是否完成写操作来决定是否去复制

copy on write,是进程管理和内存管理之间的一个有效的相互支撑的一种机制。