unix进程(初识)

原文地址：http://blog.chinaunix.net/u/12783/showart_722257.html

前面讲到了进程的上下文以及如何管理/操作进程的地址空间，其中，里面提到了一些调用。这些调用与下文有一定的关联，在此列出：
fork()：调用dupreg()，attachreg()
exec()：调用detachreg()，allocreg()，attachreg()，growreg()，loadreg()，mapreg()
brk()：调用growreg()
eixt()：调用detachreg()

当然还有其它的一些调用与进程控制有关，如signal()，wait()，kill()等，以后会讲到。

创建进程
一个进程的生命起点是fork()，由其父进程调用以产生该进程。fork()是UNIX系统上唯一一个能够创建新进程的调用，当然，除了init进程，这个进程是由内核在系统boot时创建的，其PID是0。系统启动完成后，init进程将推出，取而代之的是PID为1的swap进程（有时候又叫做idle进程）。

在执行fork()时，kernel将会做一些列的操作：
1、在进程表中为新进程申请一个表项；
2、为新进程分配一个唯一的PID；
3、将父进程的上下文及地址空间做一个逻辑拷贝——一般来说，只需要拷贝数据段和堆栈段等，文本段无需拷贝，因为父子进程共享该段。若子进程立即调用exec()家族的函数，则更不需要拷贝文本段，数据段和堆栈段也无需拷贝，因为将会有一个全新的image加载到子进程并运行；
4、因为父子进程共享文件，所以增加文件和inode的引用计数；
5、将子进程的状态设置为Read to Run；
6、返回两次：将子进程PID返回给父进程（可用于跟踪子进程状态），将0返回给子进程；

关于fork()的实现，请求分页和交换系统有所不同，本文将讨论交换系统上的实现，并假定有足够的内存来创建子进程。以后讨论分页系统的实现。下面是伪代码：

PID fork()
{
    Assert(EnoughMemory && EnoughResources);
    PID aPid = GetFreeProcTableEntry(); // 同时得到进程表项。
    Assert(NumOfProcs(GetCurrentUser()) < MAX_PROC_NUM_PER_USER); // 保证一个用户不会创建太多进程。
    procTable[aPid]->State = CREATED;
    CopyData(procTable[aPid], procTable[getppid()]); // 从父进程的表项中拷贝数据，如有效uid，当前目录等等。
   /* 增加当前目录及改变的根的inode引用计数;
    增加文件表中打开文件的引用计数;
    拷贝一份父进程的上下文（包括u area，文本段、堆栈段、数据段）;
    将一个假系统级上下文层压到子进程的系统上下文栈，该上下文层包括能够让子进程识别自己的一些信息，并且当子进程获得处理器时从此处开始执行; // 就像进程被调度时保存的上下文。*/
    if(IsParent()) // 一旦被调度，将从假系统级上下文层开始执行，父子进程将共享下面的代码。
    {
        procTable[aPid]->State = READY_TO_RUN; // 此时子进程才可能被调度。
        return aPid;
    }
    else
    {
        初始化u area的与分时相关的一些字段;
        return 0;
    }
}

fork()的实现是相当复杂的，但是，抓住三点就好理解了：上下文、调度、共享资源。在将子进程放入调度队列之前，先设置子进程的上下文信息（包含那个假系统级上下文层）。当子进程被调度，它将执行从“if (IsParent())”开始的那段代码。同样，父进程在设置子进程的上下文信息后也执行这段代码，看起来好像父子进程都是在该点“被调度”，从运行态转为其他状态。

在交换系统上，创建进程时需要两份空间来存放子进程：一份在内存，一份在磁盘——因为子进程的状态为READ_TO_RUN，如果此时系统没用可用内存，而它又处于低优先级，它就有可能被交换到磁盘上。另外需要注意的是，在获取空闲的进程表项时需要有一定的锁机制来避免竞态条件。

获取了进程表项之后，子进程便处于“被创建”（或“正被创建”）状态。此时，内核将会让这个新生儿“继承”其父进程的进程表项，并将父进程的pid设置到子进程，以便子进程识别父进程。同时，子进程将被放到进程的树结构中——同时还会设置其优先级、初始化调度参数等等。

之后便是调整一些引用计数。关于打开的文件的引用计数，大家可以用经典的“协同进程”方法做实验。

还记得u area吗？只有通过u area，内核才能识别一个运行中的进程。它也是进程上下文中静态系统级上下文的一员。然而，在fork()时，除了其中进程表项的指针，父子进程的u area完全一样。当然，在fork()执行完之后，这两个u area就可能不一样了。

好了，进程所需的所有的静态上下文都已经创建好了，内核需要做的就是为子进程populate一个假系统上下文层。大家要注意了！内核将父进程的第一层上下文拷贝给子进程，该层包括用户保存的寄存器上下文和调用fork()的内核栈楨，然后创建一个假的系统上下文层，该层保存了上一层以及其他的寄存器信息，设置正确的PC（“if (IsParent())”），以保证子进程能够被正确的“恢复执行”——虽然子进程从来没有执行过。