Linux内核-进程之fork、vfork和clone

本文主要是介绍Linux内核-进程之fork、vfork和clone，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

     各种大神的混合，做个笔记。

                http://blog.sina.com.cn/s/blog_7598036901019fcg.html

                          http://blog.csdn.net/kennyrose/article/details/7532912

                           http://blog.sina.com.cn/s/blog_92554f0501013pl3.html

                          http://www.cnblogs.com/peteryj/archive/2007/08/05/1944905.html

进程的四大要素：

Linux进程所需具备的四要素：
     （1）程序代码。代码不一定是进程专有，可以与其它进程共用。
     （2）系统堆栈空间，这是进程专用的。
     （3）在内核中维护相应的进程控制块。只有这样，该进程才能成为内核调度的基本单位，接受调度。并且，该结构也记录了进程所占用的各项资源。
     （4）有独立的存储空间，表明进程拥有专有的用户空间。

       以上四条，缺一不可。如果缺少第四条，那么就称其为“线程”。如果完全没有用户空间，称其为“内核线程”；如果是共享用户空间，则称其为“用户线程”。

do_fork函数

  Linux的用户进程不能直接被创建出来，因为不存在这样的API。它只能从某个进程中复制出来，再通过exec这样的API来切换到实际想要运行的程序文件。

      复制的API包括三种：fork、clone、vfork。

      这三个API的内部实际都是调用一个内核内部函数do_fork，只是填写的参数不同而已。

int main(){ int num = 1;  int child;  if(!(child = fork())) {   printf("This is son, his num is: %d. and his pid is: %d\n", ++num, getpid());  } else {  printf("This is father, his num is: %d, his pid is: %d\n", num, getpid());  }  
} 

       This is father, his num is: 1, his pid is: 2138

从代码里面可以看出2者的pid不同，子进程改变了num的值，而父进程中的num没有改变。

总结：优点是子进程的执行独立于父进程，具有良好的并发性。缺点是两者的通信需要专门的通信机制，如pipe、fifo和system V等。有人认为这样大批量的复制会导致执行效率过低。其实在复制过程中，子进程复制了父进程的task_struct，系统堆栈空间和页面表，在子进程运行前，两者指向同一页面。而当子进程改变了父进程的变量时候，会通过copy_on_write的手段为所涉及的页面建立一个新的副本。因此fork效率并不低。

注：fork创建子进程时，子进程继承了父进程父进程的全局变量和局部变量。即不管是全局变量还是局部变量，子进程与父进程的修改互不影响。

范例2：

#include <unistd.h>   
#include <stdio.h>   
int main(void)   
{   int i=0;   for(i=0;i<3;i++){   pid_t fpid=fork();   if(fpid==0)   printf("son/n");   else   printf("father/n");   }   return 0;   } 

范例3：

#include <unistd.h>   
#include <stdio.h>   
int main() {   pid_t fpid;//fpid表示fork函数返回的值   //printf("fork!");   printf("fork!/n");   fpid = fork();   if (fpid < 0)   printf("error in fork!");   else if (fpid == 0)   printf("I am the child process, my process id is %d/n", getpid());   else   printf("I am the parent process, my process id is %d/n", getpid());   return 0;   
}  

int main(int argc, char* argv[])   
{   fork();   fork() && fork() || fork();   fork();   printf("+/n");   }   

答案是总共20个进程，除去main进程，还有19个进程。

范例:5：

创建一个孤儿进程，所谓孤儿进程就是父进程先与子进程结束，子进程就称为一个孤儿进程，它由init进程收养。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
int main()
{pid_t pid;pid = fork();switch(pid){case 0:while(1){printf("A background process");sleep(3);//睡几秒让父进程结束 }case -1:perror("Failed");break;default:  printf("I am parent process");exit(0);}return 0;
}

vfork函数

vfork系统调用不同于fork，用vfork创建的子进程与父进程共享地址空间，也就是说子进程完全运行在父进程的地址空间上，如果这时子进程修改了某个变量，这将影响到父进程。

因此，上面的例子如果改用vfork()的话，那么两次打印a,b的值是相同的，所在地址也是相同的。

但此处有一点要注意的是用vfork()创建的子进程必须显示调用exit()来结束，否则子进程将不能结束，而fork()则不存在这个情况。

Vfork也是在父进程中返回子进程的进程号，在子进程中返回0。

用 vfork创建子进程后，父进程会被阻塞直到子进程调用exec(exec，将一个新的可执行文件载入到地址空间并执行之。)或exit。vfork的好处是在子进程被创建后往往仅仅是为了调用exec执行另一个程序，因为它就不会对父进程的地址空间有任何引用，所以对地址空间的复制是多余的 ，因此通过vfork共享内存可以减少不必要的开销。使用vfork创建一个子进程时，保证紫禁城先运行，当子进程调用exit或exec之后，父进程才被调度执行。如果在调用exit或exec之前子进程要依赖于父进程的某个行为，就会导致死锁。

int main() {  int num = 1;  int child;  if(!(child = vfork())) {   printf("This is son, his num is: %d. and his pid is: %d\n", ++num, getpid());  } else {  printf("This is father, his num is: %d, his pid is: %d\n", num, getpid());  }  
}

This is son, his num is: 2. and his pid is:4139
This is father, his num is: 2, his pid is: 4138

从运行结果可以看到vfork创建出的子进程（线程）共享了父进程的num变量，这一次是指针复制，2者的指针指向了同一个内存。

总结：当创建子进程的目的仅仅是为了调用exec（）执行另一个程序时，子进程不会对父进程的地址空间又任何引用。因此，此时对地址空间的复制是多余的，通过vfork可以减少不必要的开销。

进程执行新程序

      用fork函数创建子进程后，子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序。当进程调用一种exec函数时，该进程完全由新程序代换，而新程序则从其 main函数开始执行。因为调用exec并不创建新进程，所以前后的进程ID并未改变。exec只是用另一个新程序替换了当前进程的正文、数据、堆和栈段。有六种不同的exec函数可供使用，它们常常被统称为exec函数。这些exec函数都是UNIX进程控制原语。用fork可以创建新进程，用exec可以执行新的程序。exit函数和两个wait函数处理终止和等待终止。

      首先要理解main函数的两种形式：

               int main(int argc,char **argv);

               int main(int argc,char **argv, char **envp);//envp是环境变量的意思。请将这些参数与下面的这些函数对应起来理解。

这篇关于Linux内核-进程之fork、vfork和clone的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！