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當(dāng)你在Linux上啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程時(shí)會(huì)發(fā)生什么,針對(duì)這個(gè)問題,這篇文章詳細(xì)介紹了相對(duì)應(yīng)的分析和解答,希望可以幫助更多想解決這個(gè)問題的小伙伴找到更簡(jiǎn)單易行的方法。
我們要做的是啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程。我們已經(jīng)在博客上討論了很多關(guān)于系統(tǒng)調(diào)用的問題,每當(dāng)你啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程或者打開一個(gè)文件,這都是一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用。所以你可能會(huì)認(rèn)為有這樣的系統(tǒng)調(diào)用:
start_process(["ls", "-l", "my_cool_directory"])
這是一個(gè)合理的想法,顯然這是它在 DOS 或 Windows 中的工作原理。我想說的是,這并不是 Linux 上的工作原理。但是,我查閱了文檔,確實(shí)有一個(gè) posix_spawn 的系統(tǒng)調(diào)用基本上是這樣做的,不過這不在本文的討論范圍內(nèi)。
Linux 上的 posix_spawn
是通過兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)的,分別是 fork
和 exec
(實(shí)際上是 execve
),這些都是人們常常使用的。盡管在 OS X 上,人們使用 posix_spawn
,而 fork
和 exec
是不提倡的,但我們將討論的是 Linux。
Linux 中的每個(gè)進(jìn)程都存在于“進(jìn)程樹”中。你可以通過運(yùn)行 pstree
命令查看進(jìn)程樹。樹的根是 init
,進(jìn)程號(hào)是 1。每個(gè)進(jìn)程(init
除外)都有一個(gè)父進(jìn)程,一個(gè)進(jìn)程都可以有很多子進(jìn)程。
所以,假設(shè)我要啟動(dòng)一個(gè)名為 ls
的進(jìn)程來列出一個(gè)目錄。我是不是只要發(fā)起一個(gè)進(jìn)程 ls
就好了呢?不是的。
我要做的是,創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程,這個(gè)子進(jìn)程是我(me
)本身的一個(gè)克隆,然后這個(gè)子進(jìn)程的“腦子”被吃掉了,變成 ls
。
開始是這樣的:
my parent |- me
然后運(yùn)行 fork()
,生成一個(gè)子進(jìn)程,是我(me
)自己的一份克?。?/p>
my parent |- me |-- clone of me
然后我讓該子進(jìn)程運(yùn)行 exec("ls")
,變成這樣:
my parent |- me |-- ls
當(dāng) ls 命令結(jié)束后,我?guī)缀跤肿兓亓宋易约海?/p>
my parent |- me |-- ls (zombie)
在這時(shí) ls
其實(shí)是一個(gè)僵尸進(jìn)程。這意味著它已經(jīng)死了,但它還在等我,以防我需要檢查它的返回值(使用 wait
系統(tǒng)調(diào)用)。一旦我獲得了它的返回值,我將再次恢復(fù)獨(dú)自一人的狀態(tài)。
my parent |- me
如果你要編寫一個(gè) shell,這是你必須做的一個(gè)練習(xí)(這是一個(gè)非常有趣和有啟發(fā)性的項(xiàng)目。Kamal 在 Github 上有一個(gè)很棒的研討會(huì):https://github.com/kamalmarhubi/shell-workshop)。
事實(shí)證明,有了 C 或 Python 的技能,你可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)編寫一個(gè)非常簡(jiǎn)單的 shell,像 bash 一樣。(至少如果你旁邊能有個(gè)人多少懂一點(diǎn),如果沒有的話用時(shí)會(huì)久一點(diǎn)。)我已經(jīng)完成啦,真的很棒。
這就是 fork
和 exec
在程序中的實(shí)現(xiàn)。我寫了一段 C 的偽代碼。請(qǐng)記住,fork 也可能會(huì)失敗哦。
int pid = fork();// 我要分身啦// “我”是誰(shuí)呢?可能是子進(jìn)程也可能是父進(jìn)程if (pid == 0) { // 我現(xiàn)在是子進(jìn)程 // “l(fā)s” 吃掉了我腦子,然后變成一個(gè)完全不一樣的進(jìn)程 exec(["ls"])} else if (pid == -1) { // 天啊,fork 失敗了,簡(jiǎn)直是災(zāi)難!} else { // 我是父進(jìn)程耶 // 繼續(xù)做一個(gè)酷酷的美男子吧 // 需要的話,我可以等待子進(jìn)程結(jié)束}
進(jìn)程有很多屬性:
打開的文件(包括打開的網(wǎng)絡(luò)連接)
環(huán)境變量
信號(hào)處理程序(在程序上運(yùn)行 Ctrl + C 時(shí)會(huì)發(fā)生什么?)
內(nèi)存(你的“地址空間”)
寄存器
可執(zhí)行文件(/proc/$pid/exe
)
cgroups 和命名空間(與 Linux 容器相關(guān))
當(dāng)前的工作目錄
運(yùn)行程序的用戶
其他我還沒想到的
當(dāng)你運(yùn)行 execve
并讓另一個(gè)程序吃掉你的腦子的時(shí)候,實(shí)際上幾乎所有東西都是相同的! 你們有相同的環(huán)境變量、信號(hào)處理程序和打開的文件等等。
***改變的是,內(nèi)存、寄存器以及正在運(yùn)行的程序,這可是件大事。
你可能會(huì)問:“如果我有一個(gè)使用了 2GB 內(nèi)存的進(jìn)程,這是否意味著每次我啟動(dòng)一個(gè)子進(jìn)程,所有 2 GB 的內(nèi)存都要被復(fù)制一次?這聽起來要耗費(fèi)很多資源!”
事實(shí)上,Linux 為 fork()
調(diào)用實(shí)現(xiàn)了寫時(shí)復(fù)制,對(duì)于新進(jìn)程的 2GB 內(nèi)存來說,就像是“看看舊的進(jìn)程就好了,是一樣的!”。然后,當(dāng)如果任一進(jìn)程試圖寫入內(nèi)存,此時(shí)系統(tǒng)才真正地復(fù)制一個(gè)內(nèi)存的副本給該進(jìn)程。如果兩個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存是相同的,就不需要復(fù)制了。
你可能會(huì)說,好吧,這些細(xì)節(jié)聽起來很厲害,但為什么這么重要?關(guān)于信號(hào)處理程序或環(huán)境變量的細(xì)節(jié)會(huì)被繼承嗎?這對(duì)我的日常編程有什么實(shí)際影響呢?
有可能哦!比如說,在 Kamal 的博客上有一個(gè)很有意思的 bug。它討論了 Python 如何使信號(hào)處理程序忽略了 SIGPIPE
。也就是說,如果你從 Python 里運(yùn)行一個(gè)程序,默認(rèn)情況下它會(huì)忽略 SIGPIPE
!這意味著,程序從 Python 腳本和從 shell 啟動(dòng)的表現(xiàn)會(huì)有所不同。在這種情況下,它會(huì)造成一個(gè)奇怪的問題。
所以,你的程序的環(huán)境(環(huán)境變量、信號(hào)處理程序等)可能很重要,都是從父進(jìn)程繼承來的。知道這些,在調(diào)試時(shí)是很有用的。
關(guān)于當(dāng)你在Linux上啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程時(shí)會(huì)發(fā)生什么問題的解答就分享到這里了,希望以上內(nèi)容可以對(duì)大家有一定的幫助,如果你還有很多疑惑沒有解開,可以關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道了解更多相關(guān)知識(shí)。
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