从fork到exit：剖析Linux进程的诞生、消亡机制
一、进程创建
pid_t fork(); //创建一个子进程
关于fork函数更详细的介绍，请看硬件与软件的桥梁：冯诺依曼体系、操作系统和初始进程的深度解析及从env到mm_struct：环境变量与虚拟内存的底层实现。
我们都知道数据段在页表当中的权限是可读的，但是一旦创建了子进程，操作系统会把权限改为只读的。当子进程尝试写入时，操作系统就会“报错”。
OS要对当前情况进行判断分类：
1、真的是野指针吗？如果是，就终止进程。
2、不是，a. 发生写时拷贝 b. 更改回权限(rw)。
我们都知道进程是具有独立性的，但是父子进程的代码和数据是共享的。那么，有以下几个问题：
1. 为什么创建子进程之后，不直接把数据分开呢，直接拷贝不就完了，为什么要写时拷贝？
首先，直接拷贝将父子进程的数据分开是可以的。但是，如果子进程对数据只是只读的呢，那就没有必要进行拷贝。父进程的代码和数据有100MB，每次创建子进程都要拷贝，那岂不是要浪费时间及内存资源。写时拷贝的本质就是一种按需获取。
子进程读取父进程的数据，直接用父进程的就可以，子进程要进行写入，再给子进程申请，写时拷贝的本质也是一种惰性申请，提高内存使用率。
2. 为什么要拷贝，直接开辟对应的空间不就好了？
一说拷贝，大多数人想到的都是对数据进行覆盖式的写入，但是如果是a = 20, a++呢？这是不是也是一种写入，在原数据上进行写入。所以我们需要对原始数据进行拷贝。
扩展问题：从今天开始，你在C/C++上申请空间malloc or new的时候，需要在物理内存上开辟空间吗？
不需要了。开辟虚拟地址空间即可，真正用的时候，OS才会做内存级申请，构建完整的映射关系。本质就是惰性申请。
二、进程终止
提两个问题：
1. 进程终止，操作系统要做什么？
这个问题，大家应该可以回答出来，进程终止时，操作系统要释放进程的资源，停止CPU对进程的调度，更新进程状态。
2. main() return 0; return 0什么意思？给谁了？
return 0我们把它叫做进程退出时的退出码。退出码会被“系统”获得，用来让系统辨别，该进程的执行情况。
那么，我们该如何来证明呢？写一段程序。
echo $? //最近一个进程执行完的退出码
可以看到，这个退出码是被获得了的。那如果我们再echo一下呢？
咦？它为什么是0呢？别忘了echo本身也是一个进程。这一次获得的退出码不再是mycode.c的了。
3. 为什么要有退出码呢？
我们创建进程就是为了让进程完成任务的，进程把任务完成的怎么样了，得有一个结果吧，那么，你怎么知道结果呢？
类似的道理，父进程交给子进程一个任务，父进程怎么知道子进程完成的怎么样呢？
0表示程序运行成功。
!0表示失败。1, 2，3, 4，表明不同失败的原因。
举个例子：前几天学校在考试，今天成绩出来了。你爸一看你的成绩99分，他是不会去问你为什么考这么多的，但是你要是考个鸡蛋回来，你爸不仅会噼里啪啦揍你一顿，还得问你为什么。
语言已经提供了一些错误原因。这些退出码(错误码)适合计算机去看，但却并不适合我们人来分析原因。
char* strerror(int errnum) //将错误码转化为可读错误信息字符串
那么，语言为我们提供了多少个错误原因呢？我们可以测一下。
可以看到，一共有134个错误原因，剩下的都是未知的。
我们可以执行ls命令验证一下。
可以看到，在当前目录下是没有aabbcc.txt这个文件的，所以我们直接使用ls命令就报错了。退出码为2，是与我们前面的错误原因一致的。
将来这个退出码会被写到子进程PCB里的。现在，你知道为什么父进程要拿到子进程的pid了吗。父进程通过子进程的pid就可以找到子进程，获取子进程的信息，这也是为什么子进程在退出时，状态设置为僵尸状态，不能立即释放所有资源，要保留PCB的原因。
进程退出，无非就是三种情况：
1、代码跑完，结果正确。
2、代码跑完，结果不对。
3、代码没跑完，进程异常了。
代码跑完了，结果对不对，我们可以根据退出码来判断。
代码异常了，退出码还有意义吗？答案是没有了。
例子：今天在考试，只有三种情况，考试正常结束，成绩好不好，考试作弊了，直接终止考试，那么成绩还有用吗？
所以，进程异常了，退出码是没有意义的。我们的问题应该是进程为什么会异常？
如果是除0错误，那么CPU会发生错误(硬件错误)，如果是野指针呢，那么就是软件错误。而操作系统作为软硬件资源的管理者，进程异常了，操作系统首先要知道。
操作系统一般都是杀掉这个进程，通过退出信号杀掉进程的。
例子：学校里有人打架斗殴，校长要知道这件事情。情节严重的，是要开除的。
4. 进程退出的方法
方法一：main 函数进行 return n，n表示该进程的退出码。
方法二：直接调用exit(n)，n表示进程的退出码。
void exit(int status);
方法三：直接调用系统调用_exit(n)。
void _exit(int status);
那么，看到这里大家应该会有疑问吧。
4.1. return vs exit
作为一个深谙C语言的你，应该清楚 return 一般表示函数调用结束，main函数 return ，表示进程退出。
exit 表示进程结束，在你的代码中，任何地方调用，都会导致进程退出。
可以看到，进程的退出码是1，而不是10。那如果我们改为exit呢？结果还会一样吗。
可以看到，这一次进程的退出码不再是1而是10，说明调用exit函数直接就让进程结束了。
4.2. exit vs _exit
可以看到，在前三秒内是没有打印在显示器上的，所以，数据是被写入到缓冲区里的。
main函数中return表明进程结束，输出缓冲区，在进程结束的时候，会自动被刷新。
exit终止进程，也会主动刷新缓冲区。
那么 _exit 呢？
_exit直接终止进程，不会刷新缓冲区。
最佳实践：exit(n)用来进程退出。
我们为什么要学习_exit呢？我们已经知道库和系统调用是上下层的关系，系统调用的存在就是为了保证用户安全的访问操作系统，也就是说，只有系统调用才可以和操作系统交互。
进程退出时，需要释放资源，包括代码和数据，页表，虚拟地址空间和PCB。这些工作都是由操作系统完成的，我们调用了C语言的库函数exit，为什么可以让进程退出呢？不是说好只有系统调用才可以访问操作系统吗。
进程终止，绝对要调用系统调用，必须让操作系统完成真正的进程删除退出！所以，库函数的底层一定封装了系统调用。
我们在使用printf("我是一个进程!");向显示器打印的时候，不就是在用软件访问硬件吗，访问硬件就必须经过操作系统。我们常说的缓冲区到底是什么呢？它又在哪里呢？
首先，我们所说的缓冲区肯定不是操作系统内部的缓冲区。因为，如果是的话，exit和_exit都应该会刷新缓冲区里的数据。那么，它应该是库缓冲区，在库里面，所谓缓冲区其实就是一段内存空间。
例如：在C语言中，我们使用过
FILE* fopen(const char* path, const char* mode);
打开文件，那么fopen函数内部一定会打开，关闭文件，其次它的返回值FILE*是一个文件指针，那么FILE是什么呢？
不卖关子了，FILE就是C语言提供的结构体，它在库里面，那么fopen函数的返回值既然是FILE*，也就意味着C函数内部自己申请了FILE结构体，自己维护的结构体内部，可以存在一个大的内存空间（毕竟linux下一切皆文件），char inbuffer[1024]; char outbuffer[1024];，这不就是输入输出缓冲区吗。
今天的文章分享到此结束，感觉还不错的给个一键三连吧。
