fork()和vfork()

Hello，今天Val和大家分享操作系统中关于进程创建有关的内容。

一、进程创建背景知识
1、传统Unix操作系统统一对待所有进程：子进程拷贝父进程所拥有的所有资源，这种方法创建慢且效率低，因为子进程需要拷贝父进程所拥有的所有资源，实际上，子进程几乎不必读或修改父进程所拥有的所有资源，很多情况下，子进程立即调用execve()，并清除父进程仔细拷贝过来的地址空间。
2、现代Unix内核三种方式：
写时复制技术允许父子进程读相同物理页，只要两者中有一个试图写一个物理页，内核就把这个页的内容拷贝到一个新的物理页，并把这个物理页分配给正在写的进程。
轻量级进程允许父子空间共享进程在内核的许多数据结构，如页表（整个用户态地址空间）、打开文件表及信号处理。
vfork()系统调用创建的进程能够共享其父进程的内存地址空间。为了防止父进程重写子进程重要数据，阻塞父进程的执行，一直到子进程退出或执行一个新的程序为止。
3、fork与clone的区别：
fork()是全部复制，clone()将资源有选择的复制给子进程，没有复制的数据结构则通过指针的复制让子进程共享。在极端情况下，一个进程可以clone()出一个线程,系统调用fork()是无参数的，而clone()带有参数.

二、
1、Linux中，轻量级进程是由名为clone()的函数创建的。
2、fork函数
fork（）创建一个新进程，并为它创建新的地址空间；
fork（）函数通过系统调用创建一个与原来进程完全相同的进程。也就是两个进程可以做完全相同的事，但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。
fork函数 #include pid_t fork(void); 一个现有进程可以调用fork创建一个新进程。返回值：子进程中返回0，父进程中返回子进程ID，出错返回-1。

在fork之后处理的文件描述符有两种常见的情况：
1. 父进程等待子进程完成。在这种情况下，父进程无需对其描述符做任何处理。当子进程终止后，子进程对文件偏移量的修改已执行的更新。
2. 父子进程各自执行不同的程序段。这种情况下，在fork之后，父子进程各自关闭他们不需要使用的文件描述符，这样就不会干扰对方使用文件描述符。这种方法在网络服务进程中经常使用。

父子进程之间的区别：
1. fork的返回值
2. 进程ID不同
3. 具有不同的父进程ID
4. 子进程的tms_utime、tms_stime、tms_cutime及tms_ustime均被设置为0
5. 父进程设置的文件锁不会被子进程继承
6. 子进程的未处理闹钟被清除
7. 子进程的未处理信号集被设置为空集 fork有下面两种用法：
（1）一个父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段。如：父进程等待客户端请求，生成子进程来处理请求。
（2）一个进程要执行一个不同的程序。例如子进程从fork返回后，调用exec函数。
fork调用失败的原因： 1. 系统中有太多的进程 2. 实际用户的进程数超过了限制

3、fork()函数
vfork（）函数用来创建一个新进程，而这个新进程的目的是exec一个新程序。它不会把父进程的地址空间复制到子进程中，因为子进程会立即调用exec函数。
在子进程调用exec或exit之前，它在父进程的空间中运行，也就是说会更改父进程的数据段、栈和堆。vfork和fork另一区别在于：vfork保证子进程先运行，在它调用exec或（exit）之后父进程才可能被调度运行。

三、fork和vfork的区别
1、fork特点：
fork创建进程时，子进程完全复制父进程的资源，子进程独立于进程，具有良好的并发性，二者之间需要专门的通信机制。
如果某进程fork出一个子进程只是为了调用exec执行另一个文件，那fork过程对于虚拟地址空间的复制是多余的过程。
fork优点：父子进程相互独立，子进程对父进程中同名变量进行修改并不会影响其在父进程中的值。

2、vfork特点：
vfork创建的子进程与父进程共享地址空间，即子进程完全运行在父进程的地址空间上，子进程对虚拟地址空间的修改同样为父进程所见，用vfork创建子进程后，父进程会被阻塞到子进程调用exec或exit。
vfork避免了（fork函数子进程被创建后，仅仅为调用exec执行另一个程序，它对地址空间的复制是多余的）这个问题，减少了不必要的开销。

vfork保证子进程先运行，它调用exec或exit后父进程才能调度运行，fork的父子进程运行顺序不定，取决于内核的调度算法。

父进程中的数据空间和堆、栈可能会产生副本，具体情况要看使用的是fork还是vfork，fork产生副本，vfork则共享这部分内存。

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