Operating Systems: Three Easy Pieces 学习和
在本章，我们讨论的是Unix系统的进程创建，unix利用的是一对系统调用：fork()和exec()。当父进程希望等待它创建的子进程完成执行的时候，也会调用到wait()。本章节的重点：
如何创建和控制进程
OS需要什么接口用于创建和控制进程？如何设计这些接口使其具备强大的功能和性能并且易于使用？
5.1 fork()
fork()用于创建新的进程[C63]，然而需要注意的是，它是你调用的最奇怪的程序之一。以下面的程序为例：
运行上述程序得到输出：
详细分析：程序第6行输出hello world以及程序的进程id（缩写PID） ， 然后第7行fork函数被调用，此时OS创建了一个新的进程，奇怪的地方来了:新创建的进程是该进程的复制品。这意味着，对于操作系统来说，现在又两个相同的程序p1在运行，但是他并没有输出子进程的pid，而是先完成了父进程的输出
5.2 wait()
下面，我们在程序中加入wait()：
运行的输出为：
这时候我们再看，子进程并非是完全的父进程的copy，fork的返回值不同，父进程的返回值是大于0 的值，子进程是0.
我们注意到，该程序（p1.c）的输出并非是确定值，假设我们只有一个cpu，在我们的例子。首先父进程执行了，然后跳到了子进程，但是，相反的状况也可能存在。我们之后会重点讨论这个问题，也就是CPU调度。使用wait()函数可以使执行的顺序得以确定.
5.3 exec()
当想要运行与调用的程序不同的程序的时候，exec（）至关重要。
注：()是字符串复制函数，返回新配制字符串的地址；wc是计数字母程序
执行结果为：
上例中，中传入一个可执行程序的名称（wc）,然后运行输出p3.c的行数（第二个参数传入第一个可执行函数）、单词数和字母数。程序的堆、栈以及其他的内存空间被重新初始化。这意味着，他没有创建新的进程，而是将现在正在运行的程序直接转到调用的程序，在exec在子进程中执行之后，仿佛p3.c没有运行过。成功运行的exec不会返回任何值
5.4 why ? The API
你可能会问，为什么创建子进程这么简单，我们还需要exec函数呢？然而，在unix shell中，fork和exec的不同之处至关重要，因为这能让shell在fork之后、exec之前运行代码。这样能实现切换即将运行的程序的环境，可以构建更多的特性。
shell也是一个用户程序，他给你提供了一个提示接口，然后等待命令输入。通常情况下，输入一个命令后，shell会首先弄清楚命令所在文件的位置，然后fork创建一个子进程来运行该命令，调用exec来执行命令，然后通过wait来等待该程序运行完成。当子进程完成后，shell从wait中返回，然后重新输出提示符，等待下一个命令。
例如：
> wc p3.c > .txt
上述命令中，wc的输出重定向到输出文件.txt中，shell的执行过程：子进程创建完毕后，在调用exec之前，shell关闭了标准输出，然后打开.txt，这样即将运行的wc程序的所有的输出都会被定向到文件中，而不是输出屏幕。
图5.4是显示了重定向的例子，Unix系统从0开始找可用的文件描述，在下例中 是第一个可用的，所以调用open函数的时候，首先被分配。子进程后续所创造的标准输出，会被导向到新打开的文件，而不是屏幕。
上述程序的输出为：
有两个值得注意的点：1.）p4运行的是偶仿佛没有任何事情发生，shell马上给出了下个指令的。但是事实上，p4调用了fork创建了子进程，然后将wc程序传入exec运行，并且输出全部被重定向到p4.里面了。2）我们用cat指令可以打开输出文件找到输出内容。
Unix的pipes也是类似的方式，但是调用了系统函数pipe（），在这种情况下，进程的输出被连接到内核管道，另一个进程的输入也连接到了同一个管道，因此，实现了直接对接，建立起了又长又实用的命令链。例如，在一个文件中，查找一个单词，然后数出现了多少次，可以使用pipe、grep、wc实现，输入指令：
grep -o foo file | wc -l
就可以实现。
我们揭开了 api的面纱，但是还有很多调用细节还需要进一步学习。目前来说，fork和exec的组合是一个创建和操控进程有力的工具。
5.5 进程控制和用户
除了上述接口，Unix系统还有很多的调用接口，比如说kill用于进程的暂停、死亡以及其他有用的命令。为了便于使用，也会有快捷键，例如ctrl+c用于终止进程，ctrl+z用于暂停，后续可以使用fg 等内置命令进行恢复。
tips 善于使用 pages，man 指令能给你几乎所需的所有信息
进程间的通信，利用信号量实现，进程应该调用()来获取不同的信号。这样做能让进程在运行的时候，如果收到了特殊的信号可以挂起。【SR05】中有关于信号量的详细介绍。
这也就引入了一个问题，谁可以发送信号量？通常来说，我们的系统有多个用户在同时使用，如果其中一个用户可以任意发送信号量（例如来中断进程，很有可能终止进程），会影响到系统的可用性和安全性能。因此，有密码的用户登录机制被利用。不同的用户有不同的权限，通常用户只有控制自己的进程的权限，操作系统负责将系统的资源调度实现整个系统的运行。
5.6 常见指令和工具
有很多常见的指令，例如 ps 可以查看目前正在运行的进程，top可以显示进程占用的系统资源。通常情况下，我们会保持一些窗口显示，例如，我们始终保持 (from ) r运行在我们的工具栏上，所以我们可以看到有多少CPU正在被利用，一般来说，关于正在发生的事情的信息越多越好。
tips： the root
通常一个系统会有个root用户，可以管理系统，并且操作其他用户的进程。
5.7
我们简单介绍了unix进程处理的一些接口，进一步的了解请阅读 and Rago [SR05],。当然，上述进程控制、进程间的关系和信号量章节可以提取出很多有用的信息。近期的一篇论文 [B+19]指出了fork（）的一些问题，并且推崇了spawn（）来创建APIs，所以本文也是带着作者的主观认知的，尽可能多阅读相关文献。
要点总结
5.8 Refs
[B+19] “A fork() in the road” by , , Orran , . HotOS ’19, , Italy. A fun paper full of fork()ing rage. Read it to get an on the UNIX API. at the HotOS , where go to in the hopes of the in new .
[C63] “A ” by E. . AFIPS ’63 Fall Joint , New York, USA 1963. An early paper on how to ; may be the first place the term fork() was used in the of new .
[DV66] “ for ” by Jack B. and Earl C. Van Horn. of the ACM, 9, 3, March 1966. A paper that the of . had great on MAC, , and UNIX.
[J16] “They could be twins!” by -. The Daily Mail. March 1, 2016.. This hard- piece of shows a bunch of child/ and is kind of . Go ahead, waste two of your life and check it out. But don’t to come back here! This, in a , is the of the web.
[L83] “Hints for ” by . ACM , 15:5, 1983. ’s hints on how to . You read it at some point in your life, and at many in your life.
[QI15] “With Great Power Comes Great ” by The Quote . : The quote that the of this is 1793, in a of made at the . The quote: “Ils qu’une est la suite d’un grand ”, which to “They must that great from great power.” Only in 1962 did the words in -Man: “...with great power there must also come–great !” So it looks like the gets for this one, not Stan Lee. Sorry, Stan.
[SR05] “ in the UNIX ” by W. , A. Rago. -, 2005. All and of using UNIX APIs are found . Buy this book! Read it! And most , live it.
