【写时拷贝、系统调用、进程替换、虚拟内存】

在Linux系统中，调用fork系统调用创建子进程时，并不会把父进程所有占用的内存页复制一份，而是与父进程公用相同的内存页，当子进程或者父进程对内存页进行修时才会进行复制，这就是写时拷贝。

当父子进程都没有修改那几个页面 那子进程那几个页面就是共享的，什么时候修改了我们就才复制新的页面（也就是创建新的物理空间），其实提高了复制的效率。
2.实现原理

fork()之后，kernel（实时操作系统）把父进程中所有的内存页的权限都设为read-only,然后子进程的地址空间指向父进程。当父子进程都只读内存时，不做任何动作，当其中某个进程写内存时，CPU硬件检测到内存页是read-only的，于是触发页异常中断（page-fault）,陷入kernel的一个中断例程。中断例程中，kernel就会把触发的异常的页复制一份，于是父子进程独立了。

举例：
fork（）之后调用excve（）。
由此引申一个问题 fork（）是系统调用，那么系统调用和库函数调用有什么区别？

fopen -> open 系统调用
printf-> write

例如：printf打印时1. 库函数 ->系统调用->内核->硬件
2.也可以不用经过库函数 直接系统调用到内核

库函数本质是系统调用，本质上是一个接口（API），运行时属于用户态，开销小，而系统调用属于内核态，用户态和内核态的上下文切换开销比较大。

3.系统调用优点：

可以减少分配内存页（大量资源）带来的瞬时延时。
可减少不必要的资源分配。

4.系统调用的主要作用

为用户提供了一种硬件的抽象接口
保证了系统的稳定和安全
避免了用户直接对底层硬件的编程

还有一个问题 ：c编程时开辟的栈空间属于系统调用吗？

系统调用和库函数调用的区别

1、进程fork()后在open（） 之后写入的过程中共享写入偏移量吗？？非共享
** 2、进程open（） 之后fork()，写入的过程中共享写入偏移量吗**？？共享
PCB中有 一个文件表，在fork()过程中文件表也被复制了一份，所以先open（）再fork()会发生偏移量的共享、。
当先fork（）再open（）时文件表产生的3号位置的指针对应的STRUCT FILE结构体都是各自产生的，所以不共享偏移量。

window 上才有 文本文件和二进制文件区分，linux并没有这种区分

open() //（文件名，打开方式，权限mode），

我们试着往文件中写入数据，如下图：

open 系统调用中的0600是0400（S_IRUSR:读权限）和0200（S_IWUSR:写权限）的结合

我们可以看到写入的数据是从头部开始写入的。

write(fd(文件id信息,叫做文件描述符），“数据”，“数据长度”）
close(fd)
read返回零文件到末尾 read（）==0；

1标准输入 stdin 返回FILE*
2. 标准输出 stdout 返回FILE*
3. 标准错误输出 stderr FILE*

ls -i 文件的ID （inode）号

2.我们可以从文件读入数据写到buff数组中：

3.我们可以把文件1的内容读完写入到文件2中（cp命令的实现）

不管有无b.txt文件 ，fdw 都能获取到新文件的地址，因为open（）了。
注意open()函数里面第一个参数是文件的地址。

4.我们也可以通过把文件名做主函数参数传入到程序中以供使用

execl execlp execle
execv execvp
execve 系统调用
举例：用替换实现ps-f 命令
execl的用法

execl("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0);//不返回值，替换失败就往下继续执行。
printf("替换失败");
exit(0);
}

execlp的用法：

printf("main pid=%dn",getpid());
execlp("ps","ps","-f",(char*)0);//p:环境变量path
printf("替换失败");
exit(0);

execle的用法：

int main(int argc,char*argv[],char*envp[])
{
printf("main pid=%dn",getpid());
execlp("/usr/bin/ps","ps","-f",(char*)0,envp);//
printf("替换失败");
exit(0);
}

execv的用法:

int main(int argc,char*argv[],char*envp[])
{
printf("main pid=%dn",getpid());
cahr *myargv[]={"ps","-f",0};
execv("/usr/bin/ps",myargv);//参数放数组里了
printf("替换失败");
exit(0);
}

execvp的用法*

int main(int argc,char*argv[],char*envp[])
{
printf("main pid=%dn",getpid());
cahr *myargv[]={"ps","-f",0};
execvp("ps",myargv);//参数放数组里了
printf("替换失败");
exit(0);
}

execve（系统调用）：根本方法

int main(int argc,char*argv[],char*envp[])
{
printf("main pid=%dn",getpid());
cahr *myargv[]={"ps","-f",0};
execve("/usr/bin/ps",myargv,envp);
printf("替换失败");
exit(0);
}

下图我们可以看到我们把replace这个进程替换成了Ps-f 这个命令：。

我们可以看到PCB.里的PID是没有变的

bash 是所有待生成子进程 的父进程，bash 上新增一个环境变量，那么复制的进程中就带有原bash新增的这个环境变量

我们可以新增一个环境变量，然后供主函数envp 调用：

export MYSTR
在把所有环境变量打印：gcc -o main main9.c
./main

打印了所有环境变量。然后我们可以看见我们自己增加的环境变量MYSTR

虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存（一个连续完整的地址空间），而实际上，它通常是被分隔成多个物理内存碎片，还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上，在需要时进行数据交换。

有一个问题：内存硬件空间大小2G，那么用malloc申请2G可不可以实现？
第二个问题：内存有2G的空间，那么用malloc申请2G可不可以实现？
比如说内存4g,用户区为3G（内核区1G），那么申请3G的内存空间可以实现吗？

进程地址空间范围有限，就算是虚拟空间足够大，申请的空间大于进程地址空间，申请也是失败的。

但是申请的空间在进程地址空间范围内，内存空间不够，调用虚拟空间也可以malloc申请成功。

小知识点
打印环境变量的值（$是取值符）