在Linux中主要提供了fork、vfork、clone三個進(jìn)程創(chuàng)建方法。

在linux源碼中這三個調(diào)用的執(zhí)行過程是執(zhí)行fork(),vfork(),clone()時，通過一個系統(tǒng)調(diào)用表映射到sys_fork(),sys_vfork(),sys_clone(),再在這三個函數(shù)中去調(diào)用do_fork()去做具體的創(chuàng)建進(jìn)程工作。

fork

fork創(chuàng)建一個進(jìn)程時，子進(jìn)程只是完全復(fù)制父進(jìn)程的資源，復(fù)制出來的子進(jìn)程有自己的task_struct結(jié)構(gòu)和pid,但卻復(fù)制父進(jìn)程其它所有的資源。例如，要是父進(jìn)程打開了五個文件，那么子進(jìn)程也有五個打開的文件，而且這些文件的當(dāng)前讀寫指針也停在相同的地方。所以，這一步所做的是復(fù)制。這樣得到的子進(jìn)程獨立于父進(jìn)程，

具有良好的并發(fā)性，但是二者之間的通訊需要通過專門的通訊機(jī)制，如：pipe，共享內(nèi)存等機(jī)制， 另外通過fork創(chuàng)建子進(jìn)程，需要將上面描述的每種資源都復(fù)制一個副本。這樣看來，fork是一個開銷十分大的系統(tǒng)調(diào)用，這些開銷并不是所有的情況下都是必須的，比如某進(jìn)程fork出一個子進(jìn)程后，其子進(jìn)程僅僅是為了調(diào)用exec執(zhí)行另一個可執(zhí)行文件，那么在fork過程中對于虛存空間的復(fù)制將是一個多余的過程。但由于現(xiàn)在Linux中是采取了copy-on-write(COW寫時復(fù)制)技術(shù)，為了降低開銷，fork最初并不會真的產(chǎn)生兩個不同的拷貝，因為在那個時候，大量的數(shù)據(jù)其實完全是一樣的。寫時復(fù)制是在推遲真正的數(shù)據(jù)拷貝。若后來確實發(fā)生了寫入，那意味著parent和child的數(shù)據(jù)不一致了，于是產(chǎn)生復(fù)制動作，每個進(jìn)程拿到屬于自己的那一份，這樣就可以降低系統(tǒng)調(diào)用的開銷。所以有了寫時復(fù)制后呢，vfork其實現(xiàn)意義就不大了。

fork()調(diào)用執(zhí)行一次返回兩個值，對于父進(jìn)程，fork函數(shù)返回子程序的進(jìn)程號，而對于子程序，fork函數(shù)則返回零，這就是一個函數(shù)返回兩次的本質(zhì)。

在fork之后，子進(jìn)程和父進(jìn)程都會繼續(xù)執(zhí)行fork調(diào)用之后的指令。子進(jìn)程是父進(jìn)程的副本。它將獲得父進(jìn)程的數(shù)據(jù)空間，堆和棧的副本，這些都是副本，父子進(jìn)程并不共享這部分的內(nèi)存。也就是說，子進(jìn)程對父進(jìn)程中的同名變量進(jìn)行修改并不會影響其在父進(jìn)程中的值。但是父子進(jìn)程又共享一些東西，簡單說來就是程序的正文段。正文段存放著由cpu執(zhí)行的機(jī)器指令，通常是read-only的。下面是一個驗證的例子：

例１：fork.c

#include

#include

#include

#include

int main()

{

int a = 5;

int b = 2;

pid_t pid;

pid = fork();

if(pid == 0) {

a = a-4;

printf("I'm a child process with PID [%d],the value of a: %d,the value of b:%d.\n",pid,a,b);

}else if(pid < 0) {

perror("fork");

}else {

printf("I'm a parent process, with PID [%d], the value of a: %d, the value of b:%d.\n", pid, a, b);

}

return 0;

}

#gcc –o fork fork.c

#./fork

運行結(jié)果：

I’m a child process with PID[0],the value of a:1,the value of b:2.

I’m a parent process with PID[19824],the value of a:5,the value of b:2.

可見，子進(jìn)程中將變量a的值改為１,而父進(jìn)程中則保持不變。

vfork

vfork系統(tǒng)調(diào)用不同于fork，用vfork創(chuàng)建的子進(jìn)程與父進(jìn)程共享地址空間，也就是說子進(jìn)程完全運行在父進(jìn)程的地址空間上，如果這時子進(jìn)程修改了某個變量，這將影響到父進(jìn)程。

因此，上面的例子如果改用vfork()的話，那么兩次打印a,b的值是相同的，所在地址也是相同的。

但此處有一點要注意的是用vfork()創(chuàng)建的子進(jìn)程必須顯示調(diào)用exit()來結(jié)束，否則子進(jìn)程將不能結(jié)束，而fork()則不存在這個情況。

Vfork也是在父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的進(jìn)程號，在子進(jìn)程中返回0。

用 vfork創(chuàng)建子進(jìn)程后，父進(jìn)程會被阻塞直到子進(jìn)程調(diào)用exec(exec，將一個新的可執(zhí)行文件載入到地址空間并執(zhí)行之。)或exit。vfork的好處是在子進(jìn)程被創(chuàng)建后往往僅僅是為了調(diào)用exec執(zhí)行另一個程序，因為它就不會對父進(jìn)程的地址空間有任何引用，所以對地址空間的復(fù)制是多余的 ，因此通過vfork共享內(nèi)存可以減少不必要的開銷。下面這個例子可以驗證子進(jìn)程調(diào)用exec時父進(jìn)程是否真的已經(jīng)結(jié)束阻塞：

例2：execl.c

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main()

{

int a = 1;

int b = 2;

pid_t pid;

int status;

pid = vfork();

if(pid == -1) {

perror("Fork failed to creat a process");

exit(1);

}

else if(pid == 0)

{

// sleep(3);

if(execl("/bin/example","example",NULL)<0)

{

perror("Exec failed");

exit(1);

}

exit(0);

// }else // if(pid != wait(&status)) {

// perror("A Signal occured before the child exited"); }

else

printf("parent process,the value of a :%d, b:%d, addr of a: %p,b: %p\n",a,b,&a,&b); exit(0); }

Example.c

#include

int main()

{

int a = 1;

int b = 2;

sleep(3);

printf("Child process,the value of a is %d,b is %d,the address a %p,b %p\n",a,b,&a,&b);

return 0;

}

#gcc –o execl execl.c #./ execl 運行結(jié)果：

Child process ,The value of a is 1,b is 2,the address a 0xbfb73d90,b 0xbfb73d8c

如果將注釋掉的三行加入程序的話，由于父進(jìn)程wait()而阻塞，因此即使此時子進(jìn)程阻塞，父進(jìn)程也得不到運行，因此運行結(jié)果如下：

The value of a is 1,b is 2,the address a 0xbfb73d90,b 0xbfb73d8c

Parent process,the value of a:1,b:2,addr ofa:0xbfaa710c, b:0xbf aa7108

另外還應(yīng)注意的是在它調(diào)用exec后父進(jìn)程才可能調(diào)度運行，因此sleep(3)函數(shù)必須放在example程序中才能生效。

clone

系統(tǒng)調(diào)用fork()和vfork()是無參數(shù)的，而clone()則帶有參數(shù)。fork()是全部復(fù)制，vfork()是共享內(nèi)存，而clone() 是則可以將父進(jìn)程資源有選擇地復(fù)制給子進(jìn)程，而沒有復(fù)制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則通過指針的復(fù)制讓子進(jìn)程共享，具體要復(fù)制哪些資源給子進(jìn)程，由參數(shù)列表中的 clone_flags來決定。另外，clone()返回的是子進(jìn)程的pid。下面來看一個例子：

例3：clone.c

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int variable,fd;

int do_something() {

variable = 42;

printf("in child process\n");

close(fd);

// _exit(0);

return 0;

}

int main(int argc, char *argv[]) {

void *child_stack;

char tempch;

variable = 9;

fd = open("/test.txt",O_RDONLY);

child_stack = (void *)malloc(16384);

printf("The variable was %d\n",variable);

clone(do_something, child_stack+10000, CLONE_VM |CLONE_FILES,NULL);

sleep(3); /* 延時以便子進(jìn)程完成關(guān)閉文件操作、修改變量 */

printf("The variable is now %d\n",variable);

if(read(fd,&tempch,1) < 1) {

perror("File Read Error");

exit(1);

}

printf("We could read from the file\n");

return 0;

}

#gcc –o clone clone.c

#./clone

運行結(jié)果：

the value was 9

in child process

The variable is now 42

File Read Error

從程序的輸出結(jié)果可以看出：

子進(jìn)程將文件關(guān)閉并將變量修改(調(diào)用clone時用到的CLONE_VM、CLONE_FILES標(biāo)志將使得變量和文件描述符表被共享)，父進(jìn)程隨即就感覺到了，這就是clone的特點。由于此處沒有設(shè)置標(biāo)志CLONE_VFORK，因此子進(jìn)程在運行時父進(jìn)程也不會阻塞，兩者同時運行。

總結(jié)

一、fork

1. 調(diào)用方法

#include

#include

pid_t fork(void);

正確返回：在父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的進(jìn)程號，在子進(jìn)程中返回0

錯誤返回：-1

2. fork函數(shù)調(diào)用的用途

一個進(jìn)程希望復(fù)制自身，從而父子進(jìn)程能同時執(zhí)行不同段的代碼。

二、vfork

1. 調(diào)用方法

與fork函數(shù)完全相同

#include

#include

pid_t vfork(void);

正確返回：在父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的進(jìn)程號，在子進(jìn)程中返回0

錯誤返回：-1

2. vfork函數(shù)調(diào)用的用途

用vfork創(chuàng)建的進(jìn)程主要目的是用exec函數(shù)執(zhí)行另外的程序。

三、clone

1.調(diào)用方法

#include

int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg);

正確返回：返回所創(chuàng)建進(jìn)程的PID，函數(shù)中的flags標(biāo)志用于設(shè)置創(chuàng)建子進(jìn)程時的相關(guān)選項，具體含義參看P25

錯誤返回：-１

2.clone()函數(shù)調(diào)用的用途

用于有選擇地設(shè)置父子進(jìn)程之間需共享的資源

四、fork，vfork，clone的區(qū)別

1. fork出來的子進(jìn)程是父進(jìn)程的一個拷貝，即，子進(jìn)程從父進(jìn)程得到了數(shù)據(jù)段和堆棧段的拷貝，這些需要分配新的內(nèi)存；而對于只讀的代碼段，通常使用共享內(nèi)存的方式訪問；而vfork則是子進(jìn)程與父進(jìn)程共享內(nèi)存空間, 子進(jìn)程對虛擬地址空間任何數(shù)據(jù)的修改同樣為父進(jìn)程所見；clone則由用戶通過參clone_flags

的設(shè)置來決定哪些資源共享，哪些資源拷貝。

2. fork不對父子進(jìn)程的執(zhí)行次序進(jìn)行任何限制，fork返回后，子進(jìn)程和父進(jìn)程都從調(diào)用fork函數(shù)的下一條語句開始行，但父子進(jìn)程運行順序是不定的，它取決于內(nèi)核的調(diào)度算法；而在vfork調(diào)用中，子進(jìn)程先運行，父進(jìn)程掛起，直到子進(jìn)程調(diào)用了exec或exit之后，父子進(jìn)程的執(zhí)行次序才不再有限制；clone中由標(biāo)志CLONE_VFORK來決定子進(jìn)程在執(zhí)行時父進(jìn)程是阻塞還是運行，若沒有設(shè)置該標(biāo)志，則父子進(jìn)程同時運行，設(shè)置了該標(biāo)志，則父進(jìn)程掛起，直到子進(jìn)程結(jié)束為止。

總結(jié)

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