一、第二次课大纲
1.fork、vfork、clone
2.写时拷贝技术
3.Linux线程的实现本质
4.进程0和进程1
5.进程的睡眠和等待队列
6.孤儿进程的托孤，SUBREAPER
1.fork、vfork、Copy-on-Write例子
2.life-period例子，实验体会托孤
3.pthread_create例子，strace它
4.彻底看懂等待队列的案例
二、fork
1）fork创建一个进程。p1是一个task_struct，p2也是一个task_struct，调度器只通过task_struct来调度进程。在p1中fork后新进程p2，直接完全对拷给p2的task_struct，两者完全一样（当然pid不同），资源一样。只要有修改就不一样了，资源分裂。比如fs，fd等。chdir函数修改cwd。
2）但是内存资源mm不好分裂。采用写时拷贝技术（COW）
例子：
1 #include <sched.h>
2
3 #include <unistd.h>
4
5 #include <stdio.h>
6
7 #include <stdlib.h>
8
9
10
11 int data = 10;
12
13
14
15 int child_process()
16
17 {
18
19 printf("Child process %d, data %d\n",getpid(),data);
20
21 data = 20;
22
23 printf("Child process %d, data %d\n",getpid(),data);
24
25 _exit(0);
26
27 }
28
29
30
31 int main(int argc, char* argv[])
32
33 {
34
35 int pid;
36
37 pid = fork();
38
39
40
41 if(pid==0) {
42
43 child_process();
44
45 }
46
47 else{
48
49 sleep(1);
50
51 printf("Parent process %d, data %d\n",getpid(), data);
52
53 exit(0);
54
55 }
56
57 }
运行结果：
下面是COW详细过程：fork后父子进程的页表完全一样，但是只有RD_ONLY，其中一个进程P2修改数据，那么就申请一个新的物理页面，把原页面数据拷贝到新的物理页面，再修改P2进程页表。
3）从上面可以看出，COW技术依赖于MMU（硬件），那么没有MMU的系统，比如uclinux，不能执行COW，没有fork函数，只有vfork。vfork会阻塞父进程（子进程调用_exit,exec之一才返回）。所以vfork后P1和P2的mm指针指向同一个地址。
vfork后P1和P2的mm指针指向同一个地址。
例子：
1 #include <sched.h>
2
3 #include <unistd.h>
4
5 #include <stdio.h>
6
7 #include <stdlib.h>
8
9
10
11 int data = 10;
12
13
14
15 int child_process()
16
17 {
18
19 printf("Child process %d, data %d\n",getpid(),data);
20
21 data = 20;
22
23 printf("Child process %d, data %d\n",getpid(),data);
24
25 _exit(0);
26
27 }
28
29
30
31 int main(int argc, char* argv[])
32
33 {
34
35 int pid;
36
37 pid = vfork();
38
39
40
41 if(pid==0) {
42
43 child_process();
44
45 }
46
47 else{
48
49 sleep(1);
50
51 printf("Parent process %d, data %d\n",getpid(), data);
52
53 exit(0);
54
55 }
56
57 }
运行结果：
那么可以放大，把各种资源全部指向同一个地址，资源全部共享。也即pthread_create（其调用了clone函数,再共享其他资源），这就是轻量级进程，即线程。
4）也可以只共享部分资源，clone函数的参数指定。既不是进程也不是线程。
5）PID和TGID
以上fork，vfork，clone都会产生新的task_struct，有独立的pid。POSIX要求一个进程里面有多个线程，必须对外表现为一个整体，getpid时是同一个值。linux就增加一个TGID=P1。
例子：
1 #include <stdio.h>
2 #include <pthread.h>
3 #include <stdio.h>
4 #include <linux/unistd.h>
5 #include <sys/syscall.h>
6
7 static pid_t gettid( void )
8 {
9
10 return syscall(__NR_gettid);
11
12 }
13
14 static void *thread_fun(void *param)
15 {
16
17 printf("thread pid:%d, tid:%d pthread_self:%lu\n", getpid(), gettid(),pthread_self());
18
19 while(1);
20
21 return NULL;
22 }
23
24 int main(void)
25 {
26 pthread_t tid1, tid2;
27 int ret;
28
29 printf("thread pid:%d, tid:%d pthread_self:%lu\n", getpid(), gettid(),pthread_self());
30 /*getpid()：TGID, gettid()：内核空间的pid,pthread_self(): 用户空间thread库里的id*/
31
32
33 ret = pthread_create(&tid1, NULL, thread_fun, NULL);
34
35 if (ret == -1) {
36
37 perror("cannot create new thread");
38
39 return -1;
40
41 }
42
43 ret = pthread_create(&tid2, NULL, thread_fun, NULL);
44 if (ret == -1) {
45 perror("cannot create new thread");
46 return -1;
47 }
48
49 if (pthread_join(tid1, NULL) != 0) {
50 perror("call pthread_join function fail");
51 return -1;
52 }
53
54 if (pthread_join(tid2, NULL) != 0) {
55 perror("call pthread_join function fail");
56 return -1;
57 }
58
59 return 0;
60 }
top命令看到的多线程进程是一个整体，top -H就是线程视角，也可以运行top后按H转换视角。
pstree:
进程视角：
线程视角：
三、subreaper和托孤
subreaper：通过系统调用设置自己为subreaper，pstree里面显示为init的为subreaper。
在进程退出后会在父子关系树向上找sbureaper，把子进程托孤给它，找不到sbureaper看托孤给init进程。
例子，托孤：先pstree观察父子进程在树形结构中的位置，然后把父进程杀掉，pstree观察子进程在树形结构中的位置变化。
1 #include <stdio.h>
2 #include <sys/wait.h>
3 #include <stdlib.h>
4 #include <unistd.h>
5
6 int main(void)
7 {
8 pid_t pid,wait_pid;
9 int status;
10
11 pid = fork();
12 if (pid==-1) {
13 perror("Cannot create new process");
14 exit(1);
15 } else if (pid==0) {
16 printf("child process id: %ld\n", (long) getpid());
17 pause();
18 _exit(0);
19 } else {
20 printf("parent process id: %ld\n", (long) getpid());
21 wait_pid=waitpid(pid, &status, WUNTRACED | WCONTINUED);
22 if (wait_pid == -1) {
23
24 perror("cannot using waitpid function");
25 exit(1);
26
27 }
28
29 if(WIFSIGNALED(status))
30 printf("child process is killed by signal %d\n", WTERMSIG(status));
31
32 exit(0);
33 }
34 }
三、睡眠：深度睡眠VS浅度睡眠
睡眠的实现：关键--等待队列（类似设计模式中的观察者模式），等待资源的进程加入等待队列，资源到来后唤醒等待队列不会唤醒单个进程。看globalfifo代码：https://github.com/21cnbao/process-courses/blob/master/day2/globalfifo.c
四、进程0和1
1号进程的父进程pid=0。但是pstree里面看不到0号进程，实际上0号进程创建完init进程后就退化为idle进程，也就是其他进程都不用cpu的情况下才运行，也即调度优先级最低，进入睡眠状态WFI，省电。设计的好处：每个进入进入睡眠之前就查一下是不是最后一个进程，是的话就置为WFI低功耗，这样就耦合到了每个进程里面；idle的设计就没有耦合了。
1 [email protected]:~/vmware-tools-distrib$ cat /proc/1/status 2 Name: systemd 3 State: S (sleeping) 4 Tgid: 1 5 Ngid: 0 6 Pid: 1 7 PPid: 0 8 TracerPid: 0 9 Uid: 0 0 0 0 10 Gid: 0 0 0 0 11 FDSize: 256 12 Groups: 13 NStgid: 1 14 NSpid: 1 15 NSpgid: 1 16 NSsid: 1
五、问答
1、进程0是天上掉下来的，是从boot跑到linux。？？？？？？？也是有task_struct的。
2、vfork阻塞父进程，子进程一般是创建后执行exec。
3、多线程的进程，/proc/tgid/task/pid。
4、MMU原理，数据结构
http://ytliu.info/blog/2014/11/24/shi-shang-zui-xiang-xi-de-kvm-mmu-pagejie-gou-he-yong-fa-jie-xi/
原文地址：https://www.cnblogs.com/shihuvini/p/8414099.html