立項服務(wù)與進程管理

創(chuàng)建進程的系統(tǒng)調(diào)用叫作 fork。在 Linux 里慨蓝，當父進程調(diào)用 fork 創(chuàng)建進程的時候感混，子進程將各個子系統(tǒng)為父進程創(chuàng)建的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也全部拷貝了一份，甚至連程序代碼也是拷貝過來的礼烈。按理說弧满，如果不進行特殊的處理，父進程和子進程都按相同的程序代碼進行下去此熬，這樣就沒有意義了庭呜。

所以，我們往往會這樣處理：對于 fork 系統(tǒng)調(diào)用的返回值犀忱，如果當前進程是子進程募谎，就返回 0；如果當前進程是父進程阴汇，就返回子進程的進程號数冬。這樣首先在返回值這里就有了一個區(qū)分，然后通過 if-else 語句判斷搀庶，如果是父進程拐纱，還接著做原來應(yīng)該做的事情；如果是子進程哥倔，需要請求另一個系統(tǒng)調(diào)用execve來執(zhí)行另一個程序戳玫，這個時候，子進程和父進程就徹底分道揚鑣了未斑，也即產(chǎn)生了一個分支（fork）了咕宿。

有時候，父進程要關(guān)心子進程的運行情況蜡秽，有個系統(tǒng)調(diào)用waitpid府阀，父進程可以調(diào)用它，將子進程的進程號作為參數(shù)傳給它芽突，這樣父進程就知道子進程運行完了沒有试浙，成功與否。

會議室管理與內(nèi)存管理

在操作系統(tǒng)中寞蚌，每個進程都有自己的內(nèi)存田巴，互相之間不干擾钠糊，有獨立的進程內(nèi)存空間。

對于進程的內(nèi)存空間來講壹哺，放程序代碼的這部分抄伍，我們稱為代碼段；放進程運行中產(chǎn)生數(shù)據(jù)的這部分管宵，我們稱為數(shù)據(jù)段截珍，其中局部變量的部分，在當前函數(shù)執(zhí)行的時候起作用箩朴，當進入另一個函數(shù)時岗喉，這個變量就釋放了；也有動態(tài)分配的炸庞，會較長時間保存钱床，指明才銷毀的，這部分稱為堆（Heap）埠居。

這里我們介紹兩個在堆里面分配內(nèi)存的系統(tǒng)調(diào)用诞丽，brk和mmap。

當分配的內(nèi)存數(shù)量比較小的時候拐格，使用 brk僧免，會和原來的堆的數(shù)據(jù)連在一起，這就像多分配兩三個工位捏浊，在原來的區(qū)域旁邊搬兩把椅子就行了懂衩。當分配的內(nèi)存數(shù)量比較大的時候，使用 mmap金踪，會重新劃分一塊區(qū)域浊洞，也就是說，當辦公空間需要太多的時候胡岔，索性來個一整塊法希。

檔案庫管理與文件管理

文件管理其實花樣不多，無非是創(chuàng)建靶瘸、打開苫亦、讀、寫等怨咪。對于文件的操作屋剑，下面這六個系統(tǒng)調(diào)用是最重要的：

• 對于已經(jīng)有的文件，可以使用open打開這個文件诗眨，close關(guān)閉這個文件唉匾；

• 對于沒有的文件，可以使用creat創(chuàng)建文件匠楚；

• 打開文件以后巍膘，可以使用lseek跳到文件的某個位置厂财；

• 可以對文件的內(nèi)容進行讀寫，讀的系統(tǒng)調(diào)用是read峡懈，寫是write璃饱。

Linux 里有一個特點，那就是一切皆文件逮诲。

• 啟動一個進程帜平，需要一個程序文件幽告，這是一個二進制文件梅鹦。

• 啟動的時候，要加載一些配置文件冗锁，例如 yml齐唆、properties 等，這是文本文件冻河；啟動之后會打印一些日志箍邮，如果寫到硬盤上，也是文本文件叨叙。

• 但是如果我想把日志打印到交互控制臺上锭弊，在命令行上打印出來，這其實也是一個文件擂错，是標準輸出stdout 文件味滞。

• 這個進程的輸出可以作為另一個進程的輸入，這種方式稱為管道钮呀，管道也是一個文件剑鞍。

• 進程可以通過網(wǎng)絡(luò)和其他進程進行通信，建立的Socket爽醋，也是一個文件蚁署。

• 進程需要訪問外部設(shè)備，設(shè)備也是一個文件蚂四。

• 文件都被存儲在文件夾里面光戈，文件夾也是一個文件。

• 進程運行起來遂赠，要想看到進程運行的情況田度，會在 /proc 下面有對應(yīng)的進程號，也是一系列文件解愤。

每個文件镇饺，Linux 都會分配一個文件描述符（File Descriptor），這是一個整數(shù)送讲。有了這個文件描述符奸笤，我們就可以使用系統(tǒng)調(diào)用惋啃，查看或者干預進程運行的方方面面。

文件操作是貫穿始終的监右，這也是“一切皆文件”的優(yōu)勢边灭，就是統(tǒng)一了操作的入口，提供了極大的便利健盒。

項目異常處理與信號處理

當項目遇到異常情況绒瘦，例如項目中斷，做到一半不做了扣癣。這時候就需要發(fā)送一個信號（Signal）給項目組惰帽。經(jīng)常遇到的信號有以下幾種：

• 在執(zhí)行一個程序的時候，在鍵盤輸入“CTRL+C”父虑，這就是中斷的信號该酗，正在執(zhí)行的命令就會中止退出；

• 如果非法訪問內(nèi)存士嚎，例如你跑到別人的會議室呜魄，可能會看到不該看的東西；

• 硬件故障莱衩，設(shè)備出了問題爵嗅，當然要通知項目組；

• 用戶進程通過kill函數(shù)笨蚁，將一個用戶信號發(fā)送給另一個進程睹晒。

當項目組收到信號的時候，項目組需要決定如何處理這些異常情況赚窃。

對于一些不嚴重的信號册招，可以忽略，該干啥干啥勒极，但是像 SIGKILL（用于終止一個進程的信號）和 SIGSTOP（用于中止一個進程的信號）是不能忽略的是掰，可以執(zhí)行對于該信號的默認動作。每種信號都定義了默認的動作辱匿，例如硬件故障键痛，默認終止；也可以提供信號處理函數(shù)匾七，可以通過sigaction系統(tǒng)調(diào)用絮短，注冊一個信號處理函數(shù)。

提供了信號處理服務(wù)昨忆，項目執(zhí)行過程中一旦有變動丁频，就可以及時處理了。

項目組間溝通與進程間通信

當某個項目比較大的時候，可能分成多個項目組席里，不同的項目組需要相互交流叔磷、相互配合才能完成，這就需要一個項目組之間的溝通機制奖磁。項目組之間的溝通方式有很多種改基，我們來一一規(guī)劃。

首先就是發(fā)個消息咖为，不需要一段很長的數(shù)據(jù)秕狰，這種方式稱為消息隊列（Message Queue）。由于一個公司內(nèi)的多個項目組溝通時躁染，這個消息隊列是在內(nèi)核里的鸣哀，我們可以通過msgget創(chuàng)建一個新的隊列，msgsnd將消息發(fā)送到消息隊列褐啡，而消息接收方可以使用msgrcv從隊列中取消息诺舔。

當兩個項目組需要交互的信息比較大的時候鳖昌，可以使用共享內(nèi)存的方式备畦，可以通過shmget創(chuàng)建一個共享內(nèi)存塊，通過shmat將共享內(nèi)存映射到自己的內(nèi)存空間许昨，然后就可以讀寫了懂盐。

但是，兩個項目組共同訪問一個會議室里的數(shù)據(jù)糕档，就會存在“競爭”問題莉恼。如果大家同時修改同一塊數(shù)據(jù)咋辦？這就需要有一種方式速那，讓不同的人能夠排他地訪問俐银，這就是信號量的機制 Semaphore。

這個機制比較復雜端仰，我這里說一種簡單的場景捶惜。對于只允許一個人訪問的需求，我們可以將信號量設(shè)為 1荔烧。當一個人要訪問的時候吱七，先調(diào)用sem_wait。如果這時候沒有人訪問鹤竭，則占用這個信號量踊餐，他就可以開始訪問了。如果這個時候另一個人要訪問臀稚，也會調(diào)用sem_wait吝岭。由于前一個人已經(jīng)在訪問了，所以后面這個人就必須等待上一個人訪問完之后才能訪問。當上一個人訪問完畢后窜管，會調(diào)用sem_post將信號量釋放酒觅，于是下一個人等待結(jié)束，可以訪問這個資源了微峰。

公司間溝通與網(wǎng)絡(luò)通信

這臺 Linux 要和另一臺 Linux 交流舷丹，這時候，我們就需要用到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)蜓肆。不同機器的通過網(wǎng)絡(luò)相互通信颜凯，要遵循相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，即TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧仗扬。Linux 內(nèi)核里有對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的實現(xiàn)症概。如何暴露出服務(wù)給項目組使用呢？

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是通過套接字 Socket 來提供服務(wù)的早芭，在通信之前彼城，雙方都要建立一個 Socket。我們可以通過 Socket 系統(tǒng)調(diào)用建立一個 Socket退个。Socket 也是一個文件募壕，也有一個文件描述符，也可以通過讀寫函數(shù)進行通信语盈。

中介與 Glibc

為了對用戶更友好舱馅，我們還可以使用中介Glibc，有事情找它就行刀荒，它會轉(zhuǎn)換成為系統(tǒng)調(diào)用代嗤，幫你調(diào)用。

Glibc 是 Linux 下使用的開源的標準 C 庫缠借，它是 GNU 發(fā)布的 libc 庫干毅。Glibc 為程序員提供豐富的 API，除了例如字符串處理泼返、數(shù)學運算等用戶態(tài)服務(wù)之外硝逢，最重要的是封裝了操作系統(tǒng)提供的系統(tǒng)服務(wù)，即系統(tǒng)調(diào)用的封裝符隙。

每個特定的系統(tǒng)調(diào)用對應(yīng)了至少一個 Glibc 封裝的庫函數(shù)趴捅，比如說，系統(tǒng)提供的打開文件系統(tǒng)調(diào)用 sys_open 對應(yīng)的 open 函數(shù)霹疫。

有時候拱绑，Glibc 一個單獨的 API 可能調(diào)用多個系統(tǒng)調(diào)用，比如說丽蝎，Glibc 提供的 printf 函數(shù)就會調(diào)用如 sys_open猎拨、sys_mmap膀藐、sys_write、sys_close 等等系統(tǒng)調(diào)用红省。

也有時候额各，多個 API 也可能只對應(yīng)同一個系統(tǒng)調(diào)用，如 Glibc 下實現(xiàn)的 malloc吧恃、calloc虾啦、free 等函數(shù)用來分配和釋放內(nèi)存，都利用了內(nèi)核的 sys_brk 的系統(tǒng)調(diào)用痕寓。

課堂練習

有個命令 strace傲醉，常用來跟蹤進程執(zhí)行時系統(tǒng)調(diào)用和所接收的信號。你可以試一下咱們學過的命令行呻率，看看都執(zhí)行了哪些系統(tǒng)調(diào)用硬毕。