进程控制

每个进程都有一个非负整数表示的唯一进程ID
虽然唯一,不过可以复用,但不是立刻复用,而是使用延迟算法,防止将新进程误认为是使用同一ID的某个已经终止的先前进程.

特殊进程:

ID为0的是调度进程,该进程是内核的一部分,不执行任何磁盘上的程序
ID为1的是Init进程，init通常读取与系统有关的初始化文件（/etc/rc*文件、/etc/inittab文件、/etc/init.d/中的文件）
ID为2的是页守护进程,负责支持虚拟存储器系统的分页操作

除了进程ID，每个进程还有一些其他标识符：

#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);//返回调用进程的进程ID
pid_t getppid(void);//调用进程的父进程ID
uid_t getuid(void);//调用进程的实际用户ID
uid_geteuid(void);//调用进程的有效用户ID
gid_t getgid(void);//调用进程的实际组ID
gid_t getegid(void);//调用进程的有效组ID

fork调用

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
//子进程返回0
//父进程返回子进程ID
//出错返回-1

fork函数被调用一次将返回两次，在子进程中返回0，在父进程中返回子进程的ID。
子进程获得父进程的数据空间、堆、栈副本

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
#include <malloc.h>

int globvar=6;//全局变量
char buf[]="hello world\r\n";
int main(void )
{
    int var;//栈上变量
    pid_t pid;
    var = 88;
    int *ptr=(int *)malloc(sizeof(int));
    *ptr=2;



    if(write(STDOUT_FILENO,buf,sizeof(buf)-1)!=sizeof(buf)-1)
    {
        printf("write error\r\n");
        return -1;
    }
    printf("before fork\r\n");

    if((pid=fork())<0)
    {
        printf("fork error");
        return -1;
    }
    else if(pid==0)//child 
    {
        ++*ptr;
        ++var;
        ++globvar;
    }
    else//parent
    {
        sleep(2);
    }

    printf("pid = %ld, globvar = %d, &var = %ld , var = %d , *ptr = %d , ptr=%ld\r\n",(long)getpid(),globvar,(long)&var, var ,*ptr,(long)ptr);
    free(ptr);
    return 0;
}

直接执行：

./fork

打印结果：

hello world
before fork
pid = 16722, globvar = 7, &var = 140722924809824 , var = 89 , *ptr = 3 , ptr=22728720
pid = 16721, globvar = 6, &var = 140722924809824 , var = 88 , *ptr = 2 , ptr=22728720

我们看到地址都是一样的，但是值不一样，说明子进程中发生了拷贝，但是为什么地址一样呢？

这里就涉及到物理地址和逻辑地址（或称虚拟地址）的概念。

操作系统讲逻辑地址转化成物理地址的过程叫做地址重定位。

分为：

静态重定位–在程序装入主存时已经完成了逻辑地址到物理地址和变换，在程序执行期间不会再发生改变。
动态重定位–程序执行期间完成，其实现依赖于硬件地址变换机构，如基址寄存器。

逻辑地址：

在计算机体系结构中是指应用程序角度看到的内存单元（memory cell）、存储单元（storage element）、网络主机（network host）的地址。
逻辑地址往往不同于物理地址（physical address），通过地址翻译器（address translator）或映射函数可以把逻辑地址转化为物理地址。

物理地址：

物理地址（英语：physical address），也叫实地址（real address）、二进制地址（binary address），
它是在地址总线上，以电子形式存在的，使得数据总线可以访问主存的某个特定存储单元的内存地址。
在和虚拟内存的计算机中，物理地址这个术语多用于区分虚拟地址。尤其是在使用内存管理单元（MMU）转换内存地址的计算机中，
虚拟和物理地址分别指在经MMU转换之前和之后的地址。

网上看到一篇很好的介绍物理地址、逻辑地址的博客：
http://www.cppblog.com/fwxjj/archive/2009/05/27/85897.html

了解了物理地址和逻辑地址，再看上述问题：

在fork之后exec之前两个进程用的是相同的物理空间（内存区），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。

当父子进程中有更改相应段的行为发生时，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之后内核会通过将子进程放在队列的前面，以让子进程先执行，以免父进程执行导致写时复制，而后子进程执行exec系统调用，因无意义的复制而造成效率的下降。

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）也是一样的。

每个进程都有自己的虚拟地址空间，不同进程的相同的虚拟地址显然可以对应不同的物理地址。因此地址相同（虚拟地址）而值不同没什么奇怪。

具体过程是这样的：
fork子进程完全复制父进程的栈空间，也复制了页表，但没有复制物理页面，所以这时虚拟地址相同，物理地址也相同，

但是会把父子共享的页面标记为“只读”类似mmap的private的方式），如果父子进程一直对这个页面是同一个页面

，直到其中任何一个进程要对共享的页面“写操作”，这时内核会复制一个物理页面给这个进程使用，同时修改页表。

而把原来的只读页面标记为“可写”，留给另外一个进程使用这就是所谓的“写时复制”

参考：http://www.cnblogs.com/zhangchaoyang/articles/2317420.html

上述代码如果执行：

./fork > see.txt

则打开see.txt文件，输出为：

hello world
before fork
pid = 14001, globvar = 7, &var = 140725591119472 , var = 89 , *ptr = 3 
before fork
pid = 14000, globvar = 6, &var = 140725591119472 , var = 88 , *ptr = 2 

多打印了一个before fork这是什么原因？

首先，stdin和stdout都是行缓冲，也就是遇到\n将flush缓冲区，因此在之前直接执行./fork时只打印一个before fork

因为缓冲区刷新了。

但是当重定向文件时，变成了标准输出变成全缓冲，因此，子进程就复制了缓冲区。

用一句话解释：

面向终端的缓冲时行缓冲，当并不指向交互式设备时，他们是全缓冲

因此，子进程复制了父进程的缓冲区

参考：http://blog.csdn.net/zhangxiao93/article/details/70666125