[linux]进程（四）——进程的创建

浏览数：33 / 时间：2015年06月20日

11，进程的创建

linux的进程创建可以分为两个步骤，分别为fork()和exec()函数，fork()负责创建一个子进程，和父进程的差别仅仅是PID PPID以及一些统计量，exec()函数负责读取可执行文件载入地址空间运行。

fork()函数原型

pid_t fork(void); 子进程返回0，父进程返回子进程的PID，fork()函数一次创建两次返回。

fork()函数的实现
fork()采用了写时拷贝（copy-on-write）的技术，刚创建子进程的时候父进程和子进程拥有相同的地址空间（这些区域被设定为只读），只有在子进程或者父进程要写入数据的时候，父进程相关的地址空间才会被拷贝，父子进程指向相同的物理内存。
fork()之后是父进程先执行还是子进程先执行是不确定的，通过fork()函数创建的父子进程是共享一个文件表项的，linux通过clone()系统调用实现fork()函数，
另外一个创建子进程的方法是调用vfork()函数，vfork()和fork()函数的区别是vfork()函数不拷贝父进程的页表,子进程在父进程的地址空间先运行，直到子进程退出后，父进程才可以继续运行，另外vfork（）函数有一个隐患就是一旦子进程调用exec()函数执行失败。。。。。

fork（）函数示例：

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#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
int glob = 5;
char buf[] ="a write to stdout\n";
int main(void)
{
int var;
pid_t pid;
var = 88;
if(write(STDOUT_FILENO,buf,(sizeof(buf)-1)) != (sizeof(buf)-1))
printf("write error\n");
printf("before fork\n");
if((pid = fork()) < 0)
{
printf("fork error\n");
}
else if (pid == 0)
{
glob++;
var++;
}
else
{
sleep(2);
}
printf("pid = %d,glob = %d, var = %d\n",getpid(),glob,var);
exit(0);
}
输出如下：
./a.out
a write to stdout
before fork
pid = 430,glob = 7, var = 89
pid = 429,glob = 6, var = 88

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vfork()示例程序如下：
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
int glob = 5;
char buf[] ="a write to stdout\n";
int main(void)
{
int var;
pid_t pid;
var = 88;
if(write(STDOUT_FILENO,buf,(sizeof(buf)-1)) != (sizeof(buf)-1))
printf("write error\n");
printf("before fork\n");
if((pid = vfork()) < 0)
{
printf("fork error\n");
}
else if (pid == 0)
{
glob++;
var++;
// exit(0);
}
else
{
sleep(2);
}
printf("pid = %d,glob = %d, var = %d\n",getpid(),glob,var);
exit(0);
}
函数输出如下：
./a.out
before fork
pid = 29039,glob = 7,var =89
子进程对变量做了加1操作结果改变了父进程中变量的值，因为子进程与父进程的地址空间相同，

父子进程通信的实例程序如下：

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#define RECOVERY_API_VERSION 2.3.1
const char* binary = "/tmp/update_binary";
int pipefd[2];
pipe [pipefd];
const char** args = (const char**)malloc(sizeof(char*)*5);
args[0]=binary;
args[1]=RECOVERY_API_VERSION;
char *temp = (char*)malloc(10);
sprintf(temp,"%d",pipefd[1]);
args[2]=temp;
args[3]=(char*)path;
args[4]=NULL;
pid_t pid = fork();
if(pid == 0)
{
close(pipefd[1]);
execv(binary,(char*const*)args));
printf(exec child process error);
_exit(-1);
}
close(pipefd[1]);
char buffer[1024];
FILE* from_child = fdopen(pipefd[0],"r");
while(fgets(buffer,sizeof(buffer),from_child)!=NULL)
char*command = strtok(buffer,"\n");
waitpid(pid,&status,0)

fork()函数系统调用

fork()函数系统调用的入口点是sys_fork()函数，最终是调用内核的do_fork()函数（该函数是与体系结构无关的函数）

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asmlinkage int sysfork()
{
return do_fork(SIGCHLD,regs.regs->ARM_sp,®s,NULL,NULL)
}

由以上代码可以知道，子进程结束后会发送SIGCHLD信号通知父进程。

do_fork()函数主要调用了copy_process()函数，copy_process()函数返回一个新的task_struct结构体，copy_process()函数会调用dup_task_struct()函数，此时创建的子

进程和原本的父进程只有一个参数不一样，即task_struct->stack，stack通常和thread_info一起保存在一个联合中，

进程环境：
以C语言的main()函数为例：main()函数的原型如下：
int main(int argc,int *argv[]);
C程序的存储空间布局
正文段 BSS段初始化数据段栈堆

补充：exec族函数

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extern char **environ;
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const envp[]);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
int execve(const char *filename, char *const argv[], char *const envp[]);
示例程序如下：
例子
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
execl("/bin/ls","ls","-l",NULL);
printf("如果execl执行失败，这个就会打印出来了\n");
return 1;
}

12，内核线程
12,内核线程
内核经常需要在后台执行一些操作，内核线程，它是独立运行在内核空间的标准进程，内核线程和普通的进程间的区别在于内核线程没有独立的地址空间(实际上它的mm指针被设置为NULL)。它们只在内核空间运行，从来不切换到用户空间去，内核进程和普通进程一样，可以被调度，也可以被抢占，Linux确实会将一些任务交给内核线程去做，像pdflush和ksoftirqd这些任务就是明显的例子，内核线程也只能由其他的内核线程创建，一般情况下，内核线程会将它在创建时得到的函数永远的执行下去，除非系统重启。

内核线程的创建：
pid_t kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags)
从现有的内核线程创建一个新的内核线程的方法如下：
struct task_struct *kthread_creat(int (*threadfn)(void *data),void *data,const char namefmt[]....);
新的线程将运行threadfn函数，给其传递的参数为data,线程名为namefmt,
新创建的线程处于不可运行的状态，要通过wake_up_process()或者以下函数使其运行
struct task_struct *kthread_run(int (*threadfn)(void *data),void *data,const char namefmt[]....)

内核线程的退出：
内核线程启动后一直运行直到调用do_exit()函数，或者调用如下函数int kthread_stop(struct task_struct *k)，传递给kthread_stop的参数是kthread_creat()函数返回的task_struct的地址

实例：
创建线程

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struct task_struct *thread_task;
int rc;
thread_task=kthread_create(fsg_main_thread,common,"file-storage");
if(IS_ERR(thread_task))
{
rc = PTR_ERR(thread_task);
return ERR_PTR(rc);
}
wake_up_process(thread_task);

13，进程退出

通过正常的进程结束、通过信号或是通过对exit函数的调用，不管进程如何退出，进程的结束都要借助对内核函数do_exit（在alps/kernel/kernel/exit.c内）的调用，进程的资源回收和进程描述符的回收是分开的，进程描述符是在其父进程的wait()函数返回后收回~

补充：UNIX环境进程异常退出的情况
以下是参考以下网址的博客：http://www.ibm.com/developerworks/cn/aix/library/1206_xiejd_unixexception/
进程异常大致可以分为两类：
一：向进程发送信号导致进程异常退出
二：代码本身错误导致进程退出
第一类：向进程发送信号导致进程退出：
（1）向进程发送信号导致进程退出，进程收到信号后可能导致进程退出并产生coredump文件，在 UNIX环境中有三种方式将信号发送给目标进程，导致进程异常退出。
方式一：调用函数kill()发送信号，原型是 int kill(pid_t pid,int sig)
以下代码为示例代码：

[cpp] view plain copy

1 #include <sys/types.h>
2 #include <signal.h>
3
4 int main(int argc, char* argv[])
5 {
6 char* pid = argv[1];
7 int PID = atoi(pid);
8
9 kill(PID, SIGSEGV);
10 return 0;
11 }

方式二：运行kill命令发送信号
格式为 kill SIGXXX PID
方式三：在终端使用键盘发送信号
使用 control-C 发送 SIGINT 信号，使用 control-\ 发送 SIGQUIT 信号，使用 control-z 发送 SIGTSTP 信号，如何防止这类信号到来导致信号退出？通过调用 signal 函数绑定信号处理程序来应对信号的到来 void (*signal(int sig, void (*func)(int)))(int);插入下面的代码，以达到屏蔽信号 SIGINT 的效果 (void)signal(SIGINT, SIG_IGN)；
第二类：编程错误导致进程异常退出
当进程执行非法操作时，计算机会抛出处理器异常，异常是指 soft interrupts，是进程非法操作所导致的处理器异常，这类异常是进程执行非法操作所产生的同步异常，比如内存保护异常，除 0 异常，缺页异常等等。系统为每个异常都分配了异常处理函数，当有相应的异常的时候就会去调用相应的异常处理函数。
实例分析：
（1）内存非法访问实例

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