上节课我们学习了几个重要Linux命令，其实Linux命令也是一个程序，只不过代码是别人写的，我们直接拿过来用就好啦。

        不过，无论是别人写的程序还是我们自己写的程序，运行起来都是进程。一个进程的运行需要使用操作系统的系统调用服务，系统调用决定了这个操作系统好不好用、功能全不全。

    1进程管理

        前面我们有开玩笑说给扣扣立项，其实对应到Linux操作系统中就是创建进程。

        创建进程的系统调用叫做fork，它的中文叫“分支”，为啥启动一个新教程要叫“分支”呢？

        在Linux中，要创建一个新的进程，需要一个老的进程调用fork来实现，其中老的进程叫做父进程，新的进程叫做子进程。

        当父进程调用fork创建进程的时候，子进程将各个[子系统为父进程创建的数据结构]（这个断句很容易断错，嘿嘿）也全部拷贝了一份，甚至连程序代码也是拷贝过来的。

        但是如果父进程和子进程都按相同的程序代码进行下去，就完全没有意义了，所以我们会做一个特殊处理：对于fork系统调用的返回值，如果当前进程是子进程，就返回0；如果当前进程是父进程，就返回子进程的进程号。这样首先在返回值里就有了一个区分，然后通过if-else判断，如果是父进程，还接着做原来应该做的事情；如果是子进程，需要请求另一个系统调用execve来执行另一个程序，这个时候，子进程和父进程就彻底分道扬镳了，也即产生了一个分支(fork)了。

        那么问题来了，既然新进程都是父进程fork出来的，那么第一个进程是谁捏？

        在操作系统中，启动的时候会先创建一个所有用户进程的“祖宗进程”，后面会详细讲~

        有时候父进程要关心子进程的运行情况，有个系统调用waitpid，父进程可以调用它，将子进程的进程号作为参数传给它，这样父进程就知道子进程运行完了没有，成功与否。

        嘻嘻，举个例子，一个公司里有新员工要入职，肯定要填各种表呀走各种流程之类的，这时从上级的老员工的表单fork一个模板出来，然后新员工再进行相应的自己的修改。然后公司的第一个员工肯定是老板自己啦，他就相当于那个“祖宗进程”。然后老板或者新员工的上级老员工还要对自己的员工负责，所以会关心他的进度~

    2内存管理

        进程启动之后，每个进程都有自己的独立的内存空间呢，互相之间不干扰，叫做进程内存空间。

        这个独立的进程内存空间里，都会放些什么呢？

        对于进程来说，它执行所需依据的程序代码肯定要放进去，这一部分我们称为代码段。

        另外进程在运行的过程中会产生数据，这部分我们称为数据段。其中局部变量的部分，在当前函数执行的时候起作用，当进入另一个函数时，这个变量就释放了；也有动态分配的，会较长时间保存，指明才销毁的，这部分称为堆（Heap）。

        一个进程的内存空间是很大的，32位的有4G，64位的就更大了，我们不可能有这么多物理内存，它都是需要的时候再分配的。所以，进程要去使用部分内存的时候，才会使用内存管理的系统调用来做登记，说自己马上要用啦，需要分一部分内存给它，而且就算这样也不代表真的就对应到了物理内存，只有真的写入数据的时候，发现没有对应的物理内存，才会触发一个中断，现分物理内存。

        这里介绍两个堆里面分配内存的系统调动，brk和mmap。

        当分配的内存数量比较小的时候，使用brk，回合原来的堆的数据连在一起，就像给原来办公室多搬两把椅子一样；当分配的内存数量比较大的时候，使用mmap，会重新划分一块区域，也就是说，当办公空间需要太多的时候，索性划分一整块新的办公室。

    3文件管理

        在操作系统中，我们的程序、文档、照片等等这些文件，即使关机再开机也不能丢掉的，所以需要将它放在文件系统中。

        文件之所以可以做到这一点，一方面是因为介质，另一方面是因为格式。

        文件管理其实花样不多，无非就是创建、打开、读、写等。

        对于文件的操作，下面这六个系统调用是最重要的：

        1.对于已经有的文件，可以用open打开这个文件，close关闭这个文件。

        2.对于没有的文件，可以用create创建文件。

        3.打开文件以后，可以使用Iseek调到文件的某个位置。

        4.可以对文件的内容进行读写，读的系统调用是read，写是write。

        在Linux操作系统中，有一个重要的特点就是，一切皆文件。

        比如：

        启动一个进程，需要一个程序文件，这是一个二进制文件。

        启动的时候，要加载一些配置文件，这是文本文件；启动之后会打印一些日志，如果写到硬盘上，也是文本文件。

        如果日志打印到交互控制台上，在命令行上刷刷的打印出来，这是一个标准输出stdout文件。

        一个进程的输出可以作为另一个进程的输入，这种方式称为管道，管道也是一个文件。

        进程可以通过网络和其他进程进行通信，建立的Socket，也是一个文件。

        进程需要访问外部设备，设备也是一个文件。

        文件都被存储在文件夹里面，文件夹也是一个文件。

        进程运行起来，要想看到进程运行的情况，会在/proc下面有对应的进程号，还是一系列文件。

        每个文件，Linux都会分配一个文件描述符，这是一个整数。有了这个文件描述符，我们就可以使用系统调用，查看或者干预进程运行的方方面面。

        所以说文件操作是贯穿适中的，这也是“一切皆文件”的优势，统一了操作的入口，提供了极大的便利。

    4信号处理

        当进程遇到异常情况，就需要发送一个信号，经常遇到的信号有以下几种：

        在执行一个程序的时候，在键盘输入“CTRL+C”，这就是中断的信号，正在执行的命令就会终止退出。

        非法访问内存，比如不小心访问到别人家进程的内存空间。

        硬件故障。

        用户进程通过kill函数，将一个用户信号发送给另一个进程。

        当“项目组”收到这些信号的时候，需要决定如何处理这些异常情况~

        对于一些不严重的信号可以忽略，该干啥干啥，但是像SIGKILL（用于终止一个进程的信号）和SIGSTOP（用于中止一个进程的信号）是不能忽略的，可以执行对于该信号的默认动作。

        每种信号都定义了默认的动作，例如硬件故障的默认动作是终止。

        也可以提供信号处理函数，可以通过sigaction系统调用，注册一个信号处理函数。

        有了信号处理服务，进程执行过程中一旦有变动，就可以及时的处理啦！

    5进程间通信

        进程间的沟通方式有很多种。

        首先就是发个消息，这种方式称为消息队列。我们可以通过msgget创建一个新的队列，msgsnd将消息发送到消息队列，而消息接收方可以使用msgrcv从队列中取消息。

        当两个项目组需要交互的信息比较大的时候，可以使用共享内存的方式。我们可以通过shmget创建一个共享内存块，通过shmat将共享内存映射到自己的内存空间，然后就可以读写了。但是共享内存的时候要注意，如果大家同时修改同一数据块就很容易出问题，所以要用到信号量的机制Semaphore，让不同的进程能够排他地访问。

    6网络通信

        不同的操作系统间的通信是通过网络通信进行的，他们要遵循相同的网络协议，也即TCP/IP网络协议栈。Linux内核里有对于网络协议栈的实现。那么它是如何暴露出服务给项目组使用捏？

        网络服务是通过套接字Socket来提供服务的。Socket可以作“插口”或者”插槽“讲。我们可以想象一个画面，弄一根网线，一头插在客户端，一头插在服务端，然后进行通信。因此，在通信之前，双方都要建立一个Socket。

        我们可以通过Socket系统调用建立一个Socket，Socket也是一个文件，也有一个文件描述符，也可以通过读写函数进行通信。

        好了，今天我们主要就了解一下这六个系统调用，但是这只是很小的一部分，实际上Linux中的系统调用非常多，我们可以在https://www.kernel.org下载一份Linux内核源码。

    7Glibc“中介”

        做过开发的小伙伴应该都发现了，刚才讲的系统调用和我们平时调用的函数不太样。这是因为，我们平常并没有直接使用系统调用，而是使用的“中介”，这个中介就是Glibc。

        有了Glibc，有事情找它就行，它会转换成为系统调用，帮我们调用。

        Glibc是Linux下使用的开源的标准C库，它是GNU发布的libc库。Glibc为程序员提供丰富的API，除了例如字符串处理、数学运算等用户态服务外，最重要的是封装了操作系统提供的系统服务，即系统调用的封装。

        每个特定的系统调用对应了至少一个Glibc封装的库函数，比如说，系统提供的打开文件系统调用sys_open对应的是Glibc中的open函数。

        有时Glibc一个单独的API可能调用多个系统调用，比如Glibc提供的printf函数就会调用如sys_open、sys_mmap、sys_write、sys_close等等系统调用。

        也有时多个API可能只对应同一个系统调用，如Glibc下实现的malloc、calloc、free等函数用来分配和释放内存，都利用了内核的sys_brk的系统调用。

    8总结

        话不多述，看图~