一、程序概念

程序概念：程序就是正在執行的一個程式；（哲學）

正確理解程序概念：作業系統主要是一款搞管理的軟體，他通過驅動程式間接管理硬體，當然，他也會管理程序，既然是管理，那麼我們需要先描述，然後在組織。描述程序，程序資訊被放在一個程序控制塊的資料結構中，可以吧程序控制塊理解為程序屬性的集合，其實這個程序控制塊就是PCB，在Linux中就是task_struct。在這個阿結構體內部就是詳細對程序的一些描述，主要包括以下資訊：

1. 識別符號：要區分每一個程序，所以每一個都有唯一的一個程序id；

2. 輔助作業系統進行程序排程的屬性

（1）優先順序

（2）程式計數器（EPI）：會記錄當前程式執行到哪；

（3）程序的狀態：包括執行狀態R、睡眠狀態S、殭屍狀態Z、磁碟休眠狀態D等

執行狀態R：也不一定在執行，可能是在執行佇列裡，因為cpu採取併發的方式進行排程程序（補充概念：併發：多個程序在一個cpu下采取程序切換的方式進行執行，因為cpu執行速率極快，所以可以視為同一時間內完成多個程序的排程。並行：多個程序在多個cpu下同時執行）

睡眠狀態S：也稱為可中斷睡眠，在等待某一程序結束；

殭屍狀態Z：殭屍狀態形成原因就是子程序結束了，可是父程序沒有對其做出相應的處理；

磁碟休眠狀態D：也稱為不可中斷睡眠，一般在等待I/O的結束

（4）上下文：把程序上次在cpu內部執行的現場儲存在暫存器內部；

（5）記賬資訊：包括處理器時間總和，使用的時鐘總和等；

3. I/O相關資訊：開啟檔案返回值檔案描述符；

二、程序建立方式及對比

         fork（）會產生一個和父程序完全相同的子程序，但子程序在此後多會exec系統呼叫，出於效率考慮，linux中引入了“寫時複製“技術，也就是隻有程序空間的各段的內容要發生變化時，才會將父程序的內容複製一份給子程序。於是起初我就感到奇怪，子程序的物理空間沒有程式碼，怎麼去取指令執行exec系統呼叫呢？！原來在fork之後exec之前兩個程序用的是相同的物理空間（記憶體區），子程序的程式碼段、資料段、堆疊都是指向父程序的物理空間，也就是說，兩者的虛擬空間不同，但其對應的物理空間是同一個。當父子程序中有更改相應段的行為發生時，再為子程序相應的段分配物理空間，如果不是因為exec，核心會給子程序的資料段、堆疊段分配相應的物理空間（至此兩者有各自的程序空間，互不影響），而程式碼段繼續共享父程序的物理空間（兩者的程式碼完全相同）。而如果是因為exec，由於兩者執行的程式碼不同，子程序的程式碼段也會分配單獨的物理空間。在網上看到還有個細節問題就是，fork之後核心會通過將子程序放在佇列的前面，以讓子程序先執行，以免父程序執行導致寫時複製，而後子程序執行exec系統呼叫，因無意義的複製而造成效率的下降。

                           詳細情況可以看看這位仁兄的文章：十辨十析之辨一――fork()、寫時複製、vfork()

這三個方法是大佬L用 於建立子程序的三種方法。其實理解它們，要有一個實現上的意識即：程序－＞虛擬地址空間－＞實體地址空間即真實的儲存。使用者程序能感知的是程序的虛擬地址 空間，而虛擬地址空間－＞實體地址空間則由底層的核心來幫你實現。一個程序在地址空間上的表現形式就是：正文段，資料段，堆，棧。嗯，主要就是這四個部 分，核心為其分配相應的資料結構來表示它們，其看做是程序在地址空間的實體，也可以想象為靈魂。隨後核心會為這四部分分配相應的載體，即真正的物理儲存， 就像靈魂要附之於身體一樣，那麼，這些物理儲存就是程序的真正實體的，我們稱之為身體。那麼這三個方法有什麼不同呢？

ok，現在有一個父程序P1，這是一個主體，那麼它是有靈魂也就身體的哦。現在在其虛擬地址空間（有相應的資料結構表示）上有：正文段，資料段，堆，棧這四個部分，相應的，核心要為這四個部分分配各自的物理塊。即：正文段塊，資料段塊，堆塊，棧塊。至於如何分配，這是核心去做的事，在此不詳述。

1、fork*

現在P1用fork()函式為程序建立一個子程序P2，核心：（1）複製P1的正文段，資料段，堆，棧這四個部分，注意是其內容相同。（2）為這四個部分分配物理塊，P2的：正文段－＞PI的正文段的物理塊，其實就是不為P2分配正文段塊，讓P2的正文段指向P1的正文段塊，資料段－＞P2自己的資料段塊（為其分配對應的塊），堆－＞P2自己的堆塊，棧－＞P2自己的棧塊。

2、寫時複製

 寫時複製技術：核心只為新生成的子程序建立虛擬空間結構，它們來複制於父程序的虛擬究竟結構，但是不為這些段分配實體記憶體，它們共享父程序的物理空間，當父子程序中有更改相應段的行為發生時，再為子程序相應的段分配物理空間。

3、vfork

  vfork()：這個做法更加火爆，核心連子程序的虛擬地址空間結構也不建立了，直接共享了父程序的虛擬空間，當然了，這種做法就順水推舟的共享了父程序的物理空間。

        通過以上的分析，相信大家對程序有個深入的認識，它是怎麼一層層體現出自己來的，程序是一個主體，那麼它就有靈魂與身體，系統必須為實現它建立相應的實體， 靈魂實體與物理實體。這兩者在系統中都有相應的資料結構表示，物理實體更是體現了它的物理意義。呵呵，說了這麼多，其實系統之所以提供這三個方法，也都是 從實現效率上來考慮的，一般fork後要exec，所以很多父程序的資料對於子程序來說都是不需要的，後兩種方法就是大佬L區別於Unix的一個主要特徵，也可以說是其高明處之一吧，其建立程序特別的高效，怎麼高效，通過以上的比較與分析，相信大家也能明白個五六了吧。