Linux通過(guò)clone()系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)fork()、vfork()和__clone()庫(kù)函數(shù)創(chuàng)建新的進(jìn)程，這個(gè)調(diào)用通過(guò)一系列的參數(shù)標(biāo)志來(lái)指明父子進(jìn)程的共享資源，終將各自的參數(shù)標(biāo)志位傳遞給clone，由clone()去調(diào)用do_fork()來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建新的進(jìn)程的目的。

do_fork的實(shí)現(xiàn)源碼在kernel/fork.c文件中，其主要的作用就是復(fù)制原來(lái)的進(jìn)程成為另一個(gè)新的進(jìn)程，它完成了整個(gè)進(jìn)程的創(chuàng)建過(guò)程。do_fork()的實(shí)現(xiàn)主要由以下5個(gè)步驟，在分析代碼之前，先了解以下do_fork()函數(shù)的參數(shù)的含義，其參數(shù)的含義如下。

clone_flags：該標(biāo)志位的4個(gè)字節(jié)分為兩部分。低的一個(gè)字節(jié)為子進(jìn)程結(jié)束時(shí)發(fā)送給父進(jìn)程的信號(hào)代碼，通常為SIGCHLD；剩余的三個(gè)字節(jié)則是各種clone標(biāo)志的組合。通過(guò)clone標(biāo)志可以有選擇的對(duì)父進(jìn)程的資源進(jìn)行復(fù)制。例如CLONE_VM表示共享內(nèi)存描述符合所有的頁(yè)表； CLONE_FS共享根目錄和當(dāng)前工作目錄所在的表以及權(quán)限掩碼。

statck_start：子進(jìn)程用戶態(tài)堆棧的地址；

regs：指向pt_regs結(jié)構(gòu)體的指針。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用，即用戶進(jìn)程從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)時(shí)，該結(jié)構(gòu)體保存通用寄存器中的值，并被存放于內(nèi)核態(tài)的堆棧中；

stack_size：未被使用，通常被賦值為0；

parent_tidptr：父進(jìn)程在用戶態(tài)下pid的地址，該參數(shù)在CLONE_PARENT_SETTID標(biāo)志被設(shè)定時(shí)有意義；

child_tidptr：子進(jìn)程在用戶態(tài)下pid的地址，該參數(shù)在CLONE_CHILD_SETTID標(biāo)志被設(shè)定時(shí)有意義。

函數(shù)原型及實(shí)現(xiàn)為：

long do_fork(unsigned long clone_flags,unsigned long stack_start, struct pt_regs *regs,unsigned long stack_size,int __user *parent_tidptr, int __user *child_tidptr)

{

struct task_struct *p;

p = copy_process(clone_flags, stack_start, regs, stack_size,

child_tidptr, NULL, trace); (1)

if (!IS_ERR(p)) {

if (clone_flags & CLONE_VFORK) {

p->vfork_done = &vfork;

init_completion(&vfork);

}

……

}

一、首先調(diào)用copy_process()函數(shù)

copy_process()函數(shù)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程的大部分拷貝工作。

static struct task_struct *copy_process(unsigned long clone_flags, unsigned long stack_start,struct pt_regs *regs,unsigned long stack_size, int __user *child_tidptr, struct pid *pid,int trace)

{

//對(duì)傳入的clone_flag進(jìn)行檢查

//為新進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)核棧、thread_info結(jié)構(gòu)和task_struct；其值域當(dāng)前進(jìn)程的值完全相同(父子進(jìn)程的描述符此時(shí)也相同)

p = dup_task_struct(current);

//判斷是否超出進(jìn)城用戶可以擁有的總進(jìn)城數(shù)量，檢查是否有權(quán)對(duì)指定的資源進(jìn)行操作

if (atomic_read(&p->real_cred->user->processes) >=

task_rlimit(p, RLIMIT_NPROC)) {

if (!capable(CAP_SYS_ADMIN) && !capable(CAP_SYS_RESOURCE) &&

p->real_cred->user != INIT_USER)

goto bad_fork_free;

}

//在task_struct結(jié)構(gòu)中有一個(gè)指針user，該指針指向一個(gè)user_struct結(jié)構(gòu)，一個(gè)用戶的多個(gè)進(jìn)程可以通過(guò)user指針共享該用戶的資源信息，該結(jié)構(gòu)定義在include/linux/sched.h中，

retval = copy_creds(p, clone_flags);

//copy_creds函數(shù)中調(diào)用：

//檢查創(chuàng)建的進(jìn)程是否超過(guò)了系統(tǒng)進(jìn)程總量

if (nr_threads >= max_threads)

goto bad_fork_cleanup_count;

//獲得進(jìn)程執(zhí)行域

if (!try_module_get(task_thread_info(p)->exec_domain->module))

goto bad_fork_cleanup_count;

//調(diào)用copy_flags函數(shù)更新task_struct結(jié)構(gòu)中flags成員。表明進(jìn)程是否擁有超級(jí)用戶權(quán)限的PF_SUPERPPRIV標(biāo)志被清除，表明進(jìn)程還沒(méi)有exec()的PF_FORKNOEXEC被設(shè)置

copy_flags(clone_flags, p);

//根據(jù)clone的參數(shù)標(biāo)志，拷貝或共享打開(kāi)的文件、文件系統(tǒng)信息、信號(hào)處理函數(shù)、進(jìn)程地址空間和命名空間，代碼如下圖所示。

//為新進(jìn)程獲取一個(gè)有效的PID，調(diào)用pid = alloc_pidmap();緊接著使用alloc_pidmap函數(shù)為這個(gè)新進(jìn)程分配一個(gè)pid。由于系統(tǒng)內(nèi)的pid是循環(huán)使用的，所以采用位圖方式來(lái)管理，用每一位(bit)來(lái)標(biāo)示該位所對(duì)應(yīng)的pid是否被使用。分配完畢后，判斷pid是否分配成功。

pid = alloc_pid(p->nsproxy->pid_ns);

//父子進(jìn)程平分共享的時(shí)間片

sched_fork(p, clone_flags);

//返回子進(jìn)程的指針。

return p;

}

再回到do_fork函數(shù)，如果copy_process函數(shù)成功返回，新創(chuàng)建的子進(jìn)程被喚醒并投入運(yùn)行。內(nèi)核有意選擇子進(jìn)程首先執(zhí)行。因?yàn)橐话阕舆M(jìn)程都會(huì)馬上調(diào)用exec函數(shù)，這樣可以避免寫(xiě)時(shí)拷貝的額外開(kāi)銷，如果父進(jìn)程首先執(zhí)行的話，有可能開(kāi)始向地址空間寫(xiě)入。

二、init_completion(&vfork);

如果clone_flags包含CLONE_VFORK標(biāo)志，那么將進(jìn)程描述符中的vfork_done字段指向這個(gè)完成量，之后再對(duì)vfork完成量進(jìn)行初始化。完成量的作用是，直到任務(wù)A發(fā)出信號(hào)通知任務(wù)B發(fā)生了某個(gè)特定事件時(shí)，任務(wù)B才會(huì)開(kāi)始執(zhí)行；否則任務(wù)B一直等待。我們知道，如果使用vfork系統(tǒng)調(diào)用來(lái)創(chuàng)建子進(jìn)程，那么必然是子進(jìn)程先執(zhí)行。究其原因就是此處vfork完成量所起到的作用：當(dāng)子進(jìn)程調(diào)用exec函數(shù)或退出時(shí)就向父進(jìn)程發(fā)出信號(hào)。此時(shí)，父進(jìn)程才會(huì)被喚醒；否則一直等待。此處的代碼只是對(duì)完成量進(jìn)行初始化，具體的阻塞語(yǔ)句則在后面的代碼中有所體現(xiàn)。

三、檢查子進(jìn)程是否設(shè)置了CLONE_STOPPED標(biāo)志。

設(shè)置了CLONE_STOPPED標(biāo)志通過(guò)sigaddset函數(shù)為子進(jìn)程增加掛起信號(hào)。signal對(duì)應(yīng)一個(gè)unsigned long類型的變量，該變量的每個(gè)位分別對(duì)應(yīng)一種信號(hào)。具體的操作是，將SIGSTOP信號(hào)所對(duì)應(yīng)的那一位置1。

如果子進(jìn)程并未設(shè)置CLONE_STOPPED標(biāo)志，那么通過(guò)wake_up_new_task函數(shù)使得父子進(jìn)程之一優(yōu)先運(yùn)行；否則，將子進(jìn)程的狀態(tài)設(shè)置為T(mén)ASK_STOPPED。

四、檢查CLONE_VFORK標(biāo)志被設(shè)置

如果CLONE_VFORK標(biāo)志被設(shè)置，則通過(guò)wait操作將父進(jìn)程阻塞，直至子進(jìn)程調(diào)用exec函數(shù)或者退出。

五、返回pid

return nr; //其中nr后一次賦值為：nr = task_pid_vnr(p);即子進(jìn)程的pid號(hào)。

至此，fork函數(shù)的系統(tǒng)調(diào)用過(guò)程結(jié)束，子進(jìn)程和父進(jìn)程各返回一次，子進(jìn)程返回值為0，父進(jìn)程返回值為子進(jìn)程的pid號(hào)。應(yīng)用程序可通過(guò)fork的返回值來(lái)判斷是在子進(jìn)程中還是父進(jìn)程中，從而實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程程序的編寫(xiě)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux多进程拷贝fork,浅析linux中fork函数的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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