Linux 中的每個進(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)程號是 1。每個進(jìn)程(init 除外)都有一個父進(jìn)程,一個進(jìn)程都可以有很多子進(jìn)程。
所以,假設(shè)我要啟動一個名為 ls 的進(jìn)程來列出一個目錄。我是不是只要發(fā)起一個進(jìn)程 ls 就好了呢?不是的。
我要做的是,創(chuàng)建一個子進(jìn)程,這個子進(jìn)程是我(me)本身的一個克隆,然后這個子進(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 ls 其實是一個僵尸進(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
上文提到的“腦子被吃掉”是什么意思呢?
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
信號處理程序(在程序上運(yùn)行 Ctrl + C 時會發(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 并讓另一個程序吃掉你的腦子的時候,實際上幾乎所有東西都是相同的! 你們有相同的環(huán)境變量、信號處理程序和打開的文件等等。
唯一改變的是,內(nèi)存、寄存器以及正在運(yùn)行的程序,這可是件大事。
為何 fork 并非那么耗費(fèi)資源(寫入時復(fù)制)
你可能會問:“如果我有一個使用了 2GB 內(nèi)存的進(jìn)程,這是否意味著每次我啟動一個子進(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!”
事實上,Linux 為 fork() 調(diào)用實現(xiàn)了寫時復(fù)制copy on write,對于新進(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,此時系統(tǒng)才真正地復(fù)制一個內(nèi)存的副本給該進(jìn)程。如果兩個進(jìn)程的內(nèi)存是相同的,就不需要復(fù)制了
子進(jìn)程的終結(jié)(termination)
當(dāng)子進(jìn)程終結(jié)時,它會通知父進(jìn)程,并清空自己所占據(jù)的內(nèi)存,并在內(nèi)核里留下自己的退出信息(exit code,如果順利運(yùn)行,為0;如果有錯誤或異常狀況,為>0的整數(shù))。在這個信息里,會解釋該進(jìn)程為什么退出。父進(jìn)程在得知子進(jìn)程終結(jié)時,有責(zé)任對該子進(jìn)程使用wait系統(tǒng)調(diào)用。這個wait函數(shù)能從內(nèi)核中取出子進(jìn)程的退出信息,并清空該信息在內(nèi)核中所占據(jù)的空間。但是,如果父進(jìn)程早于子進(jìn)程終結(jié),子進(jìn)程就會成為一個孤兒(orphand)進(jìn)程。孤兒進(jìn)程會被過繼給init進(jìn)程,init進(jìn)程也就成了該進(jìn)程的父進(jìn)程。init進(jìn)程負(fù)責(zé)該子進(jìn)程終結(jié)時調(diào)用wait函數(shù)。
當(dāng)然,一個糟糕的程序也完全可能造成子進(jìn)程的退出信息滯留在內(nèi)核中的狀況(父進(jìn)程不對子進(jìn)程調(diào)用wait函數(shù)),這樣的情況下,子進(jìn)程成為僵尸(zombie)進(jìn)程。當(dāng)大量僵尸進(jìn)程積累時,內(nèi)存空間會被擠占。