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墨滴

CG

2021/07/23  阅读:36  主题:默认主题

fork、父进程和子进程

进程

什么是进程?进程是一个运行中的程序实体,拥有独立的堆栈、内存空间和逻辑控制流。

这是标准的进程概念。让我们通过操作系统的fork函数看看这个抽象的概念是怎么在进程的实现中体现出来的。

构成要素

创建一个进程,需要进程体、进程表和数据空间。

进程体在C代码中对应一个函数,编译成二进制代码后就是一组指令。

进程表用来记录进程的进程ID、进程名称、寄存器快照空间。简单说,当中断发生时,会保存此刻CPU的状态,然后记录到进程表中。

进程表的作用就是用来存储进程快照。

进程堆栈的作用是什么?存储进程中函数的参数,存储进程运行过程中的局部数据。

数据空间呢?先看一段简单的代码。

char *f(int a, int b);

int main(int argc, char **argv)
{
   f(56);
  
   return 0;
}

char *f(int a, int b)
{
   int c = a + b;
   char *str = "Hello, World!";
   return str;
}
  1. 两个参数a和b存储在进程的堆栈中。
  2. 指针char *str指向的内存中的数据STR存储在进程的数据空间中。

为什么STR不是存储在进程的堆栈中呢?

函数f的返回值是STR的内存地址。执行这段代码,我们会发现:调用函数f能正确获得STR。

试想一下,假如STR存储在进程的堆栈中,当f执行结束后,堆栈中的数据会被清空,我们调用函数f是不能正确获得STR的。

STR存储在进程的数据空间中,存储在进程堆栈中的只是存储STR的内存空间的内存地址。

fork

进程A调用fork新建进程B,A是B的父进程,B是A的子进程。

fork执行结束后,如果能成功创建B进程,B进程的数据空间、堆栈和进程表和A进程的这些要素完全相同。

差异

B进程毕竟是不同于A进程的独立进程,所以:

  1. B进程的数据空间中的数据和A进程的数据空间的数据一致,但是,两个进程的数据空间却是不同的内存空间。
  2. B进程表中,指向LDT的选择子和A进程表中的LDT选择子不同。
  3. B进程表中的进程ID和A进程表中的进程ID不同。

堆栈

猜猜看,子进程的堆栈是在进程表中还是在数据空间中?

回答是:在进程的数据空间中。

在前面,我们虽然把堆栈和数据空间分开说,那是为了强调两个要素在保存数据时的差异。堆栈中的数据随时变化,例如,进程中的一个函数执行结束,堆栈中的数据就会发生变化。

进程的数据空间呢?我以为,当进程结束执行的时候,进程的数据空间中的数据才会消失。这是我的猜测,暂时不知道怎么去验证。

认为堆栈保存在数据空间中的依据是什么?因为寄存器ss中的选择子指向的描述符描述的那段内存空间就是数据空间。

进程的ds、es、ss的选择子相同,指向相同的数据空间。

LDT、GDT和LDT选择子

每个进程都有一个LDT。LDT存储在进程的进程表中。

在进程的进程表中,有一个LDT选择子。根据LDT选择子,能从GDT中找到指向LDT的描述符。

有点绕。连起来再说一次:通过进程表中的LDT选择子,从GDT中找到指向LDT的描述符,根据描述符找到LDT,LDT也在进程表中。

我的收获

  1. 进程的堆栈存储在进程的数据空间中。
  2. 堆栈是动态变化的,例如进程中的一个函数执行结束。堆栈中的数据容易消失,所以不能函数的返回值不能是指向堆栈的内存地址。
  3. 在函数中创建字符串变量、结构体变量,数据存储在进程的数据空间中,存储在堆栈中的只是数据的内存地址。
  4. 每个进程的堆栈栈顶可以是相同的。我的操作系统在初始化进程时,之所以使用不同的堆栈栈顶,是因为我的操作系统没有开启虚拟内存地址,使用的是相同的内存空间。如果使用相同的堆栈栈顶,不同进程的堆栈会相互覆盖。
  5. fork的实现:
    1. 子进程复制父进程的进程表,但是要使用不同的LDT选择子。
    2. 子进程要复制父进程的数据空间,同时要修改子进程的LDT。

CG

2021/07/23  阅读:36  主题:默认主题

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