1.Linux行程

1.1行程概念：

• 從用戶角度：行程就是一個正在運行中的程式，
• 作業系統角度：作業系統運行一個程式，需要描述這個程式的運行程序，這個描述通過一個結構體task_struct{}來描述，統稱為PCB，因此對作業系統來說行程就是PCB(process control block)程式控制塊
• 行程的描述資訊有：識別符號PID，行程狀態，優先級，程式計數器，背景關系資料，記憶體指標，IO狀態資訊，記賬資訊，都需要作業系統進行調度，

1.2行程狀態：

/*
* The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
};

2.fork()函式

2.1概述：

使用 fork() 函式得到的子行程是父行程的一個復制品，它從父行程處繼承了整個行程的地址空間：
包括行程背景關系（行程執行活動全程序的靜態描述）、行程堆疊、打開的檔案描述符、信號控制設定、行程優先級、行程組號等，子行程所獨有的只有它的行程號，計時器等（只有小量資訊），

pid_t fork(void);

頭檔案：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

功能：

• 用于從一個已存在的行程中創建一個新行程，新行程稱為子行程，原行程稱為父行程，

回傳值：

• 成功：子行程中回傳 0，父行程中回傳子行程 ID，pid_t，為無符號整型，
• 失敗：回傳 -1，

代碼示例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
 
int main(int argc, char *argv[])
{
	pid_t pid;
	pid = fork();
	
	if( pid < 0 ){	// 沒有創建成功
		perror("fork");
	}
	
	if(0 == pid){ // 子行程
		while(1){
			printf("I am son\n");
			sleep(1);
		}
	}
	else if(pid > 0){ // 父行程
		while(1){
			printf("I am father\n");
			sleep(1);
		}
	}
	
	return 0;
}

2.2 運行結果：

2.3總結：

• 通過運行結果，可以看到，父子行程各做一件事（各自列印一句話），這里，我們只是看到只有一份代碼，實際上，fork()
  以后，有兩個地址空間在獨立運行著，有點類似于有兩個獨立的程式（父子行程）在運行著，需要注意的是，在子行程的地址空間里，子行程是從fork() 這個函式后才開始執行代碼，
• 在 fork() 之后是父行程先執行還是子行程先執行是不確定的，這取決于內核所使用的調度演算法，

3.僵尸行程

一個行程使用 fork 創建子行程，如果子行程退出而父行程并沒有呼叫 wait() 或者 waitpid() 獲取子行程資訊，那么子行程的描述符仍然保存在系統中，這種行程就被稱為僵尸行程，

Z 行程

3.1代碼模擬僵尸行程：

#include <stdio.h>                                                                                                                                                                             
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
  printf("輸入一遍\n");
  pid_t ret = fork();
  if(ret > 0)
  {
    //parent    
    while(1)    
    {    
    printf("I am parent! pid is : %d\n", getpid());    
    sleep(1);    
    }    
  }    
  else if(ret == 0)    
  {    
    /child    
    int count = 0;    
    while(count<5)    
    {    
      printf("I am child! pid is : %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());    
      count++;    
      sleep(2);    
    }    
    exit(0);    
  }    
  else    
  {    
    printf("fork error\n");    
  }    
  sleep(1);    
  return 0;    
}

3.2僵尸行程結果展示：

3.3僵尸行程危害：

子行程的退出狀態會一直被維持下去，維護退出狀態本身就是要用資料維護，也屬于行程基本資訊，被保存在task_struct中，也就是說只要Z狀態不退出，那么PCB要一直維護退出資訊，如果一個父行程創建了很多的子行程，都不進行回收，就會造成記憶體資源的極大浪費，也會造成記憶體泄露，

4.孤兒行程

父行程提前退出，子行程就稱為“孤兒行程”，一旦父行程退出，子行程要退出的時候就是Z狀態，因為沒有行程接收它的退出資訊，所以孤兒行程要被1號init行程領養回收，從而避免子行程變為僵尸行程，

4.1代碼模擬孤兒行程：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

int main()
{
  pid_t ret = fork();
  if(ret < 0)
  {
    printf("創建行程失敗！\n");
  }
  else if(ret > 0)
  {
    int count = 0;
    while(count++ < 5)
    {
      printf("我是父行程(id:%d)\n",getpid());
      sleep(2);
    }
    exit(0);
  }
  else
  {
    while(1)
    {
      printf("我是子行程(id:%d)\n",getpid());
      sleep(1);
    }
  }
  sleep(1);
  return 0;
}

4.2孤兒行程結果展示：

4.3總結：

os考慮了這種情況的發生，在父行程退出，子行程還在運行(子行程被稱為孤兒行程)的時候重新給他找一個父親，如圖所示就是1號行程systemd，

1號行程（init）擴展：

由0行程創建，完成系統的初始化. 是系統中所有其它用戶行程的祖先行程，
Linux中的所有行程都是有init行程創建并運行的，首先Linux內核啟動，然后在用戶空間中啟動init行程，再啟動其他系統行程，在系統啟動完成完成后，init將變為守護行程監視系統其他行程，