关于进程和线程的基本概念在操作系统中早已学过，可以概括为一下几点：
根本区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是处理器任务调度和执行的基本单位
资源开销：每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），程序之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，同一类线程共享代码和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。
包含关系：如果一个进程内有多个线程，则执行过程不是一条线的，而是多条线（线程）共同完成的；线程是进程的一部分，所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。
内存分配：同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源，而进程之间的地址空间和资源是相互独立的
影响关系：一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。
执行过程：每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行。
Linux 系统下的每一个进程都有一个进程号（process ID，简称 PID），进程号是一个正数，用于唯一标识系统中的某一个进程。在 Linux系统下执行 ps 命令可以查到系统中进程相关的一些信息:
一个进程的进程的进程号也可以通过函数getpid()进行获取,函数原型如下：
getpid()函数：
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t getpid(void);
使用该函数需要包含头文件<sys/types.h>和<unistd.h>。
函数返回值为 pid_t 类型变量，便是对应的进程号。代码测试：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
pid_t pid = getpid();
printf("本进程的进程号为:%d \n",pid);
return 0;
}运行结果如下：
除了getpid()函数可以获得进程号之外,getppid()函数可以获取父进程的进程号，其函数使用发方法和getpid()是一样的：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
pid_t ppid = getppid();
printf("父进程号为:%d \n",ppid);
return 0;
}运行结果如下：
在 Linux 系统中，采用了虚拟内存管理技术，每一个进程都在自己独立的地址空间中运行，在 32 位系统中，每个进程的逻辑地址空间均为 4GB， 这 4GB 的内存空间按照 3:1 的比例进行分配，其中用户进程享有 3G 的空间，而内核独自享有剩下的 1G 空间，如下所示：
Linux 系统下，应用程序运行在一个虚拟地址空间中，所以程序中读写的内存地址对应也是虚拟地址，并不是真正的物理地址，譬如应用程序中读写 0x80800000 这个地址，实际上并不对应于硬件的 0x80800000这个物理地址。
为什么需要引入虚拟地址呢？
计算机物理内存的大小是固定的，就是计算机的实际物理内存， 试想一下，如果操作系统没有虚拟地址机制，所有的应用程序访问的内存地址就是实际的物理地址， 所以要将所有应用程序加载到内存中，但是我们实际的物理内存只有 4G，所以就会出现一些问题：
（1）当多个程序需要运行时，必须保证这些程序用到的内存总量要小于计算机实际的物理内存的大小。
（2）内存使用效率低。内存空间不足时，就需要将其它程序暂时拷贝到硬盘中，然后将新的程序装入内存。然而由于大量的数据装入装出，内存的使用效率就会非常低。
（3）进程地址空间不隔离。由于程序是直接访问物理内存的，所以每一个进程都可以修改其它进程的内存数据， 甚至修改内核地址空间中的数据，所以有些恶意程序可以随意修改别的进程，就会造成一些破坏，系统不安全、不稳定。
（4）无法确定程序的链接地址。 程序运行时，链接地址和运行地址必须一致，否则程序无法运行！因为程序代码加载到内存的地址是由系统随机分配的， 是无法预知的， 所以程序的运行地址在编译程序时是无法确认的。
一个现有的进程可以调用 fork()函数创建一个新的进程， 调用 fork()函数的进程称为父进程，由 fork()函数创建出来的进程被称为子进程， fork()函数原如下所示：
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
使用该函数需要包含头文件<unistd.h>
fork()调用成功后，将会在父进程中返回子进程的 PID，而在子进程中返回值是 0；如果调用失败，父进
程返回值-1，不创建子进程，并设置 errno。fork()系统调用的关键在于，完成对其调用后将存在两个进程，一个是原进程（父进程）、另一个则是创建出来的子进程，并且每个进程都会从 fork()函数的返回处继续执行，会导致调用fork()返回两次值，子进程返回一个值、父进程返回一个值。在程序代码中，可通过返回值来区分是子进程还是父进程。
fork()函数调用成功创建的子进程会拷贝父进程的数据段、堆、栈以及继承父进程打开过的文件描述符，因此对于每个进程修改堆栈中的变量值，互不影响。但是父进程和子进程共享同一个代码段。
fork()函数用法如下：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
pid = fork();
switch (pid) {
case -1:
perror("fork error");
exit(-1);
case 0:
printf("这是子进程打印信息<pid: %d, 父进程 pid: %d>\n",
getpid(), getppid());
_exit(0); //子进程使用_exit()退出
default:
printf("这是父进程打印信息<pid: %d, 子进程 pid: %d>\n",
getpid(), pid);
exit(0);
}
}运行结果如下：
从图中可以看出分别打印了父进程和子进程的信息,这是因为在fork()函数创建子进程成功以后，会有两个返回值，返回值为0代表子进程,返回值为正整数(子进程的进程号)代表父进程，分别执行switch对应语句。
调用fork()函数以后,子进程会继承父进程所打开的文件描述符，它们间的关系可以用如下图概括：
意味着父、子进程中对应的文件描述符指向了磁盘中相同的文件，因而这些文件在父、子进程间实现了共享，譬如，如果子进程更新了文件偏移量，那么这个改变也会影响到父进程中相应文件描述符的位置偏移量。
下面验证父子进程维护同一个文件描述符：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
int fd;
int i;
fd = open("./test.txt", O_RDWR | O_CREAT);
if (0 > fd) {
perror("open error");
exit(-1);
}
pid = fork();
switch (pid) {
case -1:
perror("fork error");
close(fd);
exit(-1);
case 0:
/* 子进程 */
for (i = 0; i < 4; i++) //循环写入 4 次
write(fd, "1122", 4);
close(fd);
_exit(0);
default:
/* 父进程 */
for (i = 0; i < 4; i++) //循环写入 4 次
write(fd, "AABB", 4);
close(fd);
exit(0);
}
}运行结果如下：
父、子进程分别对同一个文件进行写入操作，结果是接续写，不管是父进程，还是子进程，在每次写入时都是从文件的末尾写入，这是因为父子进程维护的是同一个文件描述符。
fork()函数有以下两种用法：
（1）父进程希望子进程复制自己，使父进程和子进程同时执行不同的代码段。这在网络服务进程中是常见的，父进程等待客户端的服务请求，当接收到客户端发送的请求事件后，调用 fork()创建一个子进程，使子进程去处理此请求、而父进程可以继续等待下一个服务请求。
（2）一个进程要执行不同的程序。 譬如在程序 app1 中调用 fork()函数创建了子进程，此时子进程是要去执行另一个程序 app2，也就是子进程需要执行的代码是 app2 程序对应的代码，需要使用exec函数族。
Linux系统还提供了vfork()函数用于创建子进程，它的使用方法和返回值和fork()函数是一样的，但是在应用场景上有一些不同，vfork()函数原型如下：
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t vfork(void);从上一节fork()函数的用法中可以知道,fork()函数调用成功创建的子进程会拷贝父进程的数据段、堆、栈以及继承父进程打开过的文件描述符。这就会导致复制过程消耗大量的时间，降低效率。另一个原因是通常会在子进程中调用exec函数去执行新的代码段，这就会导致复制资源的浪费。为了避免这种情况引入了vfork()系统调用。
vfork()函数和fork()函数主要的区别：
① vfork()与 fork()一样都创建了子进程，但 vfork()函数并不会将父进程的地址空间完全复制到子进程中，因为子进程会立即调用 exec（或_exit） ，于是也就不会引用该地址空间的数据。不过在子进程调用 exec 或_exit 之前，它在父进程的空间中运行、子进程共享父进程的内存。
② vfork()保证子进程先运行， 子进程调用 exec 之后父进程才可能被调度运行。
Linux系统下的所有进程都是由其父进程创建而来，譬如在 shell 终端通过命令的方式执行一个程序./app，那么 app进程就是由 shell 终端进程创建出来的， shell 终端就是该进程的父进程。进程号为1的init进程是所有进程的父进程。
进程有两种终止方式：异常终止和正常终止。
正常终止：通常采用return、exit()或者_Exit()函数。
异常终止：调用 abort()函数异常终止进程、当进程接收到某些信号导致异常终止等。
exit()函数会执行的动作如下：
① 如果程序中注册了进程终止处理函数，那么会调用终止处理函数。
② 刷新 stdio 流缓冲区。
③ 执行_exit()系统调用。
有时，父进程需要监视子进程知道子进程是何时被终止，是否是异常终止。因此Linux系统引入了系统调用wait()函数。
wait()函数：
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
使用该函数需要包含头文件<sys/types.h>和<sys/wait.h>。
函数参数和返回值含义如下：
status： 参数 status 用于存放子进程终止时的状态信息，参数 status 可以为 NULL，表示不接收子进程
终止时的状态信息。
返回值： 若成功则返回终止的子进程对应的进程号；失败则返回-1。
系统调用 wait()将执行如下动作：
调用 wait()函数，如果其所有子进程都还在运行，则 wait()会一直阻塞等待，直到某一个子进程终
止
如果进程调用 wait()，但是该进程并没有子进程， 也就意味着该进程并没有需要等待的子进程， 那
么 wait()将返回错误，也就是返回-1、并且会将 errno 设置为 ECHILD。
如果进程调用 wait()之前， 它的子进程当中已经有一个或多个子进程已经终止了，那么调用 wait()
也不会阻塞。 wait()函数的作用除了获取子进程的终止状态信息之外，更重要的一点，就是回收子进程的一些资源，俗称为子进程“收尸” 。
参数 status 不为 NULL 的情况下，则 wait()会将子进程的终止时的状态信息存储在它指向的 int 变量中，
可以通过以下宏来检查 status 参数：
WIFEXITED(status)： 如果子进程正常终止，则返回 true；
WEXITSTATUS(status)： 返回子进程退出状态，是一个数值，其实就是子进程调用_exit()或 exit()
时指定的退出状态； wait()获取得到的 status 参数并不是调用_exit()或 exit()时指定的状态，可通过
WEXITSTATUS 宏转换；
WIFSIGNALED(status)： 如果子进程被信号终止，则返回 true；
WTERMSIG(status)： 返回导致子进程终止的信号编号。如果子进程是被信号所终止，则可以通过
此宏获取终止子进程的信号；
WCOREDUMP(status)： 如果子进程终止时产生了核心转储文件，则返回 true；测试代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
int main(void)
{
int status;
int ret;
int i;
/* 循环创建 3 个子进程 */
for (i = 1; i <= 3; i++) {
switch (fork()) {
case -1:
perror("fork error");
exit(-1);
case 0:
/* 子进程 */
printf("子进程<%d>被创建\n", getpid());
sleep(i);
_exit(i);
default:
/* 父进程 */
break;
}
}
sleep(1);
printf("~~~~~~~~~~~~~~\n");
for (i = 1; i <= 3; i++) {
ret = wait(&status);
printf("回收子进程<%d>, 终止状态<%d>\n", ret,
WEXITSTATUS(status));
}
exit(0);
}运行结果如下：
通过 for 循环创建了 3 个子进程，父进程中循环调用 wait()函数等待回收子进程，并将本
次回收的子进程进程号以及终止状态打印出来。
waitpid()函数：
wait()函数有一定的局限性，它无法等待某一个特定的进程结束，只能按照顺序谁先终止就去处理谁，因此引入了waitpid()函数：
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
pid： 参数 pid 用于表示需要等待的某个具体子进程，关于参数 pid 的取值范围如下：
如果 pid 大于 0，表示等待进程号为 pid 的子进程；
如果 pid 等于 0，则等待与调用进程（父进程）同一个进程组的所有子进程；
如果 pid 小于-1，则会等待进程组标识符与 pid 绝对值相等的所有子进程；
如果 pid 等于-1，则等待任意子进程。 wait(&status)与 waitpid(-1, &status, 0)等价。
status： 与 wait()函数的 status 参数意义相同。
options： 通常为0
返回值： 返回值与 wait()函数的返回值意义基本相同，在参数 options 包含了 WNOHANG 标志的情况
下，返回值会出现 0，稍后介绍僵尸进程与孤儿进程
当一个进程创建子进程之后，它们俩就成为父子进程关系，父进程与子进程的生命周期往往是不相同的，这里就会出现两个问题：
①父进程先于子进程结束。
父进程先于子进程结束，也就是意味着，此时子进程变成了一个“孤儿”，我们把这种进程就称为孤儿进程。 在 Linux 系统当中，所有的孤儿进程都自动成为 init 进程（进程号为 1）的子进程， 换言之， 某一子进程的父进程结束后，该子进程调用 getppid()将返回 1。
②子进程先于父进程结束。
如果子进程先于父进程结束，此时父进程还未来得及给子进程“收尸”，那么此时子进程就变成了一个僵尸进程。父进程调用 wait()（或其变体，下文不再强调）为子进程“收尸”后，僵尸进程就会被内核彻底删除。另外一种情况，如果父进程并没有调用 wait()函数然后就退出了，那么此时 init 进程将会接管它的子进程并自动调用 wait()， 故而从系统中移除僵尸进程。
父进程通过fork()函数创建完子进程以后，子进程可以通过 exec 函数来实现运行另一个新的程序。
语法定义如下：
所需头文件 #include <unistd.h>
函数原型 int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const envp[]);
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
函数返回值 -1：出错① 第一个参数是带路径的执行码（execlp、execvp函数第一个参数是无路径的，系统会根据PATH自动查找然后合成带路径的执行码）；
② 第二个是不带路径的执行码，执行码可以是二进制执行码和Shell脚本。
调用举例如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
//以NULL结尾的字符串数组的指针，适合包含v的exec函数参数
char *arg[] = {"ls", "-a", NULL};
/**
* 创建子进程并调用函数execl
* execl 中希望接收以逗号分隔的参数列表，并以NULL指针为结束标志
*/
if( fork() == 0 )
{
// in clild
printf( "1------------execl------------\n" );
if( execl( "/bin/ls", "ls","-a", NULL ) == -1 )
{
perror( "execl error " );
exit(1);
}
}
/**
*创建子进程并调用函数execv
*execv中希望接收一个以NULL结尾的字符串数组的指针
*/
if( fork() == 0 )
{
// in child
printf("2------------execv------------\n");
if( execv( "/bin/ls",arg) < 0)
{
perror("execv error ");
exit(1);
}
}
/**
*创建子进程并调用 execlp
*execlp中
*l希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志
*p是一个以NULL结尾的字符串数组指针，函数可以DOS的PATH变量查找子程序文件
*/
if( fork() == 0 )
{
// in clhild
printf("3------------execlp------------\n");
if( execlp( "ls", "ls", "-a", NULL ) < 0 )
{
perror( "execlp error " );
exit(1);
}
}
/**
*创建子里程并调用execvp
*v 望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针
*p 是一个以NULL结尾的字符串数组指针，函数可以DOS的PATH变量查找子程序文件
*/
if( fork() == 0 )
{
printf("4------------execvp------------\n");
if( execvp( "ls", arg ) < 0 )
{
perror( "execvp error " );
exit( 1 );
}
}
/**
*创建子进程并调用execle
*l 希望接收以逗号分隔的参数列表，列表以NULL指针作为结束标志
*e 函数传递指定参数envp，允许改变子进程的环境，无后缀e时，子进程使用当前程序的环境
*/
if( fork() == 0 )
{
printf("5------------execle------------\n");
if( execle("/bin/ls", "ls", "-a", NULL, NULL) == -1 )
{
perror("execle error ");
exit(1);
}
}
/**
*创建子进程并调用execve
* v 希望接收到一个以NULL结尾的字符串数组的指针
* e 函数传递指定参数envp，允许改变子进程的环境，无后缀e时，子进程使用当前程序的环境
*/
if( fork() == 0 )
{
printf("6------------execve-----------\n");
if( execve( "/bin/ls", arg, NULL ) == 0)
{
perror("execve error ");
exit(1);
}
}
return 0;
}运行结果如下：
