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系统调用名	含义
`int fork()`	创建一个进程，返回子进程的PID。
`int exec(char *file)`	加载文件并执行；仅当出错时返回。
`int exit(int status)`	终止自身；报告`status`给执行waitpid()系统调用的父进程。
`int waitpid(int pid, int *status)`	等待`pid`子进程退出，得到其 `*status`退出状态。
`int getpid()`	获得当前进程的PID。

进程管理应用示例：`getpid()`

// usr/src/bin/hello_world.rs
pub fn main() -> i32 {
    // 显示自己的PID
    println!("pid {}: Hello world from user mode program!", getpid()); 
    0  // 返回的退出码
}

进程管理应用示例：`fork()`和`exec()`

// usr/src/bin/forkexec.rs
pub fn main() -> i32 {
    println!("pid {}: parent start forking ...", getpid());
    let pid = fork();  // 创建子进程
    if pid == 0 {
        // 子进程
        println!("pid {}: forked child start execing hello_world app ... ", getpid());
        exec("hello_world");  // 执行hello_world程序
        100
    } else {
        // 父进程
        let mut exit_code: i32 = 0;
        println!("pid {}: ready waiting child ...", getpid());
        assert_eq!(pid, wait(&mut exit_code)); //确认等待的子进程PID
        assert_eq!(exit_code, 0);  //确认退出码是0
        println!("pid {}: got child info:: pid {}, exit code: {}", getpid() , pid, exit_code);
        0
    }
}

进程管理应用示例：`fork()`和`exec()`

执行结果

Rust user shell
>> forkexec
pid 2: parent start forking ...
pid 2: ready waiting child ...
pid 3: forked child start execing hello_world app ...
pid 3: Hello world from user mode program!
pid 2:  got child info:: pid 3, exit code: 0
Shell: Process 2 exited with code 0
>> QEMU: Terminated

提纲

进程的基本概念
进程管理
关于Fork()的思考

2.1 进程管理系统调用

2.2 进程控制块PCB

2.3 进程创建和程序加载 2.4 进程等待与退出

进程控制块PCB

bg right:70% 95%

shell执行用户输入命令

w:1200

shell执行中的进程控制块

w:550 bg right:50% 100%

进程切换

进程切换过程
- 暂停当前运行进程，从运行状态变成其他状态
- 调度另一个进程从就绪状态变成运行状态
进程切换的要求
- 切换前，保存进程上下文
- 切换后，恢复进程上下文

bg right:51% 100%

进程生命周期

进程切换
- 暂停当前运行进程，从运行状态变成其他状态
- 调度另一个进程从就绪状态变成运行状态
进程生命周期的信息
- 寄存器 (PC, SP, …)
- CPU状态
- 内存地址空间

提纲

进程的基本概念
进程管理
关于Fork()的思考

2.1 进程管理系统调用 2.2 进程控制块PCB

2.3 进程创建和程序加载

2.4 进程等待与退出

Windows进程创建API： `CreateProcess(filename)`

创建时关闭所有在子进程里的文件描述符
- CreateProcess(filename, CLOSE_FD)
创建时改变子进程的环境
- CreateProcess(filename, CLOSE_FD, new_envp)

进程创建/加载

Unix进程创建/加载系统调用： fork/exec
- fork()把一个进程复制成两个进程
  - parent (old PID), child (new PID)
- exec()用新程序来重写当前进程
  - PID没有改变

用fork和exec创建进程的示例

int pid = fork()；		// 创建子进程
if(pid == 0) {			// 子进程在这里继续
     // Do anything (unmap memory, close net connections…)
     exec(“program”, argc, argv0, argv1, …);
}

fork() 创建一个继承的子进程
- 复制父进程的所有变量和内存
- 复制父进程的所有CPU寄存器(有一个寄存器例外)
  - 系统调用的返回值a0

用fork和exec创建进程的示例

int pid = fork()；		// 创建子进程
if(pid == 0) {			// 子进程在这里继续
     // Do anything (unmap memory, close net connections…)
     exec(“program”, argc, argv0, argv1, …);
}

fork()的返回值
- 子进程的fork()返回0
- 父进程的fork()返回子进程标识符
- fork() 返回值可方便后续使用，子进程可使用getpid()获取PID

进程创建`fork()`的执行过程

对于子进程而言，fork()是对父进程地址空间的一次复制过程

程序加载并执行的示例

系统调用exec( )加载新程序取代当前运行进程 (代码是否有问题???)

main()
…
int pid = fork();			// 创建子进程
if (pid == 0) {			        // 子进程在这里继续
    exec_status = exec(“calc”, argc, argv0, argv1, …);
    printf(“Why would I execute?”);     // 这行代码能执行到吗???
}  else {				// 父进程在这里继续
    printf(“Whose your daddy?”);
    …
    child_status = wait(pid);
}

程序加载并执行的示例

系统调用exec( )加载新程序取代当前运行进程

main()
…
int pid = fork();			// 创建子进程
if (pid == 0) {			        // 子进程在这里继续
    exec_status = exec(“calc”, argc, argv0, argv1, …);
    printf(“Why would I execute?”);
}  else {				// 父进程在这里继续
    printf(“Whose your daddy?”);
    …
    child_status = wait(pid);
}
if (pid < 0) { /* error occurred */

程序加载并执行的过程

在shell中调用fork()后加载计算器

w:900

程序加载并执行的过程

在shell中调用fork()后加载计算器

w:900

程序加载并执行的过程

在shell中调用fork()后加载计算器

w:900

程序加载并执行的过程

在shell中调用fork()后加载计算器

w:800

程序加载并执行的过程

在shell中调用fork()后加载计算器

w:800

程序加载并执行的过程

在shell中调用fork()后加载计算器

w:800

进程管理应用示例：`fork()`

int  main() {
     pid_t  pid;
      int  i;
      for  (i=0;  i<LOOP;  i++){
           /* fork  another  process  */
           pid = fork();
           if  (pid < 0) { /*error  occurred  */
                fprintf(stderr, “Fork Failed”);
                exit(-1);
           }
           else if (pid == 0) { /* child process */
            fprintf(stdout, “i=%d, pid=%d, parent  pid=%d\n”,I, getpid() ,getppid());
           }   
      }
      wait(NULL);
      exit(0);
}

进程管理应用示例：`fork()`

w:1000

提纲

进程的基本概念
进程管理
关于Fork()的思考

2.1 进程管理系统调用 2.2 进程控制块PCB 2.3 进程创建和程序加载

2.4 进程等待与退出

父进程等待子进程

wait()系统调用用于父进程等待子进程的结束
- 子进程结束时通过exit()向父进程返回一个值
- 父进程通过wait()接受并处理返回值
wait()系统调用的功能
- 有子进程存活时，父进程进入等待状态，等待子进程的返回结果
- 当某子进程调用exit()时，唤醒父进程，将exit()返回值作为父进程中wait的返回值

僵尸进程与孤儿进程

僵尸进程：已经执行sys_exit系统调用，但还没有被父进程通过sys_wait系统调用回收其进程控制块的子进程。
- 等待僵尸子进程时，wait()立即返回其中一个值
孤儿进程：其父进程先退出的子进程。
- 孤儿进程由root进程负责等待并回收

进程退出`exit()`

进程结束执行时调用exit()，完成进程资源回收
- exit()系统调用的功能
- 将调用参数作为进程的“结果”
- 关闭所有打开的文件等占用资源
- 释放内存
- 释放大部分进程相关的内核数据结构
- 保留结果的值，检查是否父进程存活
  - 如没有存活，设置父进程为Root进程
- 进入僵尸（zombie/defunct）状态，等待父进程回收

进程管理的其他相关系统调用

优先级控制
- nice()指定进程的初始优先级
- Unix系统中进程优先级会随执行时间而衰减
进程调试
- ptrace()允许一个进程控制另一个进程的执行
- 设置断点和查看寄存器等
定时
- sleep()可以让进程在定时器的等待队列中等待指定时间

进程管理与进程状态的关系

进程管理相关的系统调用可能会影响进程的状态 w:600

进程管理与进程状态的关系

w:700

提纲

进程的基本概念
进程管理

3. 关于Fork()的思考

Fork()的开销？
重新思考fork

Fork()的开销？

fork()的实现开销
- 对子进程分配内存
- 复制父进程的内存和CPU寄存器到子进程里
- 开销昂贵!!

bg right:50% 100%

Fork()的开销？

在99%的情况里，我们在调用fork()之后调用exec()
- 在fork()操作中内存复制是没有作用的 --why? 写时复制
- 子进程将可能关闭打开的文件和网络连接? --why? 冲突

bg right:50% 100%

Fork()的开销？

vfork()创建进程时，不再创建一个同样的内存映像
- 轻量级fork()
- 子进程应该几乎立即调用exec()
- 现在使用 Copy on Write (COW) 技术