关于进程和线程的个人理解

概述：

进程是操作系统内资源管理的最小单位，线程是CPU调度的最小单位。

进程所处理的，主要是内存管理和分配问题。
线程所面临的，是进程内上下文切换过程。

内存空间：

进程的内存虚拟地址分配：用户空间（代码段，数据段、堆、动态库地址、栈），内核空间（虚拟地址进程独享，但是实际指向所有进程共享的物理地址）。
进程看到的内存地址是连续的虚拟地址，通过多级页表与实际物理内存地址相映射。

进程 就是一段代码和一系列相关的数据的打包体，他们在启动时被内核（或操作系统）加载并按照固定的排布顺序组织到内存中，在进程自己看来它具有完整的内存空间，但操作系统只是给它分配了专属于它自己的虚拟内存空间，并维持了多级页表来保存虚拟地址到物理地址的映射。

当程序进入启动入口后，实际上是，操作系统将程序的入口函数地址调度到CPU上执行，该地址处的指令因此在CPU上被执行，并访问该程序可以访问的内存空间（数据区、堆、栈等等）；
该程序的代码段指令被依次在CPU上执行，期间，可能跳转到动态链接库地址继续执行；可能跳转到系统调用地址（内核空间）上执行系统调用，这时会发生用户态到内核态的上下文切换。
所谓的上下文切换实际上是进程的内核区虚拟地址被CPU调度执行，这时候CPU中用于保存用户空间用到的堆、栈、数据区等虚拟地址的寄存器，要被用来保存内核空间所用到的堆、栈地址，即所谓的CPU上下文切换。
内核地址段的指令和用户空间指令都一样在CPU上被调度执行，但不同之处是，用户空间地址会被操作系统检查，只有自己虚拟地址空间的地址才能被执行，超出时操作系统就会将进程杀死，而内核空间的地址是所有进程共享的，不会有越界检查。正是因为如此，内核空间更受操作系统保护。

查看进程的内存空间映射：

$ cat /proc/<pid>/maps

得到的输出中会有[heap] [stack] 等标识，我们可以清晰的看到该程序的虚拟内存地址空
间，及他们的排布情况。

生命周期：

启动：fork execve

fork出来的进程和父进程共享代码段空间，但是其他的空间会被全部复制。
包括已经被父进程打开的文件描述符也会被复制，同时操作系统维护的文件打开数被+1。
这也就是为什么在父进程中打开的文件需要在父进程中关闭，无关子进程的文件操作。

fork的返回值如果为非0，则代表当前空间是父进程空间，如果为0，说明是子进程空间。

execve是执行另一个程序，加载新程序的地址空间，覆盖当前老程序的地址空间。
这里边也要注意已打开文件的问题，可以通过fnctl设置系统文件描述符标志位：FD_CLOEXEC，执行时关闭。

状态监控：wait

wait：等待子进程退出，有几种变形，像waitpid（可选择是否阻塞），waitid（可监控子进程运行状态）。
即便父进程不关心子进程的退出状态，也要使用wait，原因是，操作系统会保存子进程的终止状态和资源使用，直到父进程使用wait将其取走，如果父进程不取走，子进程会变成僵尸状态，在频繁fork时，这种情况不可接受（会产生大量的僵尸进程）。
这些僵尸进程会随着父进程的退出而退出（因为init进程最终接管这些僵尸进程，并执行wait操作结束他们）。

终止：exit

_exit 和 exit的区别： _exit 仅仅负责退出进程，一般仅在子进程中使用，而exit可以调用注册的个性化回调函数后再退出，一般用在主进程中。
_exit 在退出时会清空所有占用的资源，包括打开的文件描述符。

退出处理程序可以通过 atexit() 或 on_exit() 函数注册。其中 atexit() 只能注册返回值和参数都为空的回调函数，而 on_exit() 可以注册带参数的回调函数。退出处理函数的执行顺序与注册顺序相反。它们的函数原型如下所示：
int atexit(void (func)(void));
int on_exit(void (func)(int, void *), void *arg);