进程控制与Fork

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1. 进程状态机

从程序员视角看，进程有三种状态：

• 运行 (Running): 正在 CPU 上执行，或者在就绪队列中等待调度。
• 停止 (Stopped): 被信号 (如 SIGTSTP/Ctrl+Z) 挂起，直到收到 SIGCONT 信号。
• 终止 (Terminated): 永久停止。原因：1. 收到终止信号；2. 从 main 返回；3. 调用 exit()。

2. Fork: 分身术

pid_t fork(void)

• 一次调用，两次返回：
  • 父进程返回 子进程的 PID。
  • 子进程返回 0。
• 并发执行： 父子进程是并发运行的独立指令流。不能假设谁先执行（拓扑排序）。
• 相同但独立的地址空间： 子进程拥有父进程内存（栈、堆、数据段）的副本。Copy-on-Write (写时复制) 机制保证了效率。
• 共享文件： 子进程继承父进程打开的所有文件描述符（stdout 指向同一个终端）。

3. Execve: 夺舍

int execve(filename, argv, envp)

• 功能： 在当前进程中加载并运行一个新的程序。
• 特性：
  • 覆盖当前进程的代码、数据、栈。
  • 保留 PID。
  • 一次调用，从不返回（除非出错）。
• Shell 逻辑： Shell 先 fork 一个子进程，然后在子进程里 execve 用户输入的命令。

4. Waitpid: 收尸义务

pid_t waitpid(pid, &status, options)

• 僵尸进程 (Zombie): 终止但未被父进程回收的进程。它仍然占用 PID 和内核表项。
• 回收： 父进程必须调用 waitpid 来回收僵尸子进程。
• Init 进程： 如果父进程死了，孤儿进程由 init (PID 1) 收养并回收。