Linux fork() 和 vfork()

代码

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <iostream>
#include <errno.h>int main()
{pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0)std::cout << "error in fork! errno = " << errno << std::endl;else if (pid == 0)std::cout << "I am the child process, my process id is " << getpid() << std::endl;elsestd::cout << "I am the parent process, my process id is " << getpid() << std::endl;return 0;
}

结果

I am the parent process, my process id is 24275
I am the child process, my process id is 24276

对于 fork() 函数，在父进程中返回子进程的 PID（ > 0 ），在子进程中返回 0 。

1、那么 fork() 函数是如何实现在不同的进程中返回不同的结果呢？

答案：

当你的程序执行到下面的语句：

int pid = fork();

操作系统创建一个新的进程（子进程），并且在进程表中相应为它建立一个新的表项。新进程和原有进程的可执行程序是同一个程序。上下文和数据，绝大部分就是原进程（父进程）的拷贝，但它们是两个相互独立的进程！此时程序寄存器 pc，在父、子进程的上下文中都声称，这个进程目前执行到 fork 调用即将返回（此时子进程不占有CPU，子进程的 pc 不是真正保存在寄存器中，而是作为进程上下文保存在进程表中的对应表项内）。问题是怎么返回，在父子进程中就分道扬镳了呢？

父进程继续执行，操作系统对 fork 的实现，使这个调用在父进程中返回刚刚创建的子进程的 PID（一个正整数），所以下面的 if 语句中 pid < 0 , pid == 0 的两个分支都不会执行。所以输出 “I am the parent process...”。

子进程在之后的某个时候得到调度，它的上下文被换入，占据 CPU，操作系统对 fork 的实现，使得子进程中 fork 调用返回0。所以在这个进程（注意这不是父进程了哦，虽然是同一个程序，但是这是同一个程序的另外一次执行，在操作系统中这次执行是由另外一个进程表示的，从执行的角度说和父进程相互独立）中 pid = 0 。这个进程继续执行的过程中，if 语句中 pid < 0 不满足，但是 pid == 0 是 true。所以输出 “I am the child process...”。

为什么看上去程序中互斥的两个分支都被执行了？在一个程序的一次执行中，这当然是不可能的；但是你看到的两行输出是来自两个进程，这两个进程来自同一个程序的两次执行。

fork 之后，操作系统会复制一个与父进程完全相同的子进程，虽说是父子关系，但是在操作系统看来，他们更像兄弟关系，这 2 个进程共享代码空间，但是数据空间是互相独立的，子进程数据空间中的内容是父进程的完整拷贝，指令指针也完全相同，但只有一点不同，如果 fork 成功，子进程中 fork 的返回值是 0 ，父进程中 fork 的返回值是子进程的进程号，如果 fork 不成功，父进程会返回错误。

可以这样想象，2 个进程一直同时运行，而且步调一致，在 fork 之后，他们分别作不同的工作，也就是分岔了。这也是 fork为什么叫 fork 的原因。

在程序段里用了 fork() 之后程序出了分岔，派生出了两个进程。具体哪个先运行就看该系统的调度算法了。

2、fork() 执行过程。

看这一句：pid＝fork() 。

当执行这一句时，当前进程进入 fork() 运行，此时，fork() 内会用一段嵌入式汇编进行系统调用：int 0x80（具体代码可参见内核版本 0.11 的 unistd.h 文件的 133 行 _syscall0 函数）。

这时进入内核根据此前写入 eax 的系统调用功能号便会运行 sys_fork 系统调用。

接着，sys_fork 中首先会调用 C 函数 find_empty_process 产生一个新的进程，然后会调用 C 函数 copy_process 将父进程的内容复制给子进程，但是子进程 tss 中的 eax 值赋值为 0（这也是为什么子进程中返回 0 的原因）。当赋值完成后， copy_process 会返回新进程（该子进程）的 pid，这个值会被保存到 eax 中。

这时子进程就产生了，此时子进程与父进程拥有相同的代码空间，程序指针寄存器 eip 指向相同的下一条指令地址，当 fork 正常返回调用其的父进程后，因为 eax 中的值是新创建的子进程号。所以，fork()返回子进程号，执行 else（pid > 0）。

当产生进程切换运行子进程时，首先会恢复子进程的运行环境即装入子进程的 tss 任务状态段，其中的 eax 值( copy_process 中置为 0 )也会被装入 eax 寄存器。所以，当子进程运行时，fork 返回的是 0 执行 if( pid == 0 )。

3、fork() 和 vfork()

二者的功能都是创建一个新的进程，但是二者的区别还是比较大的，主要部分如下：

（1）前者创建完进程之后，父进程由于占用了CPU的时间片，所以一般父进程先返回。当然了，如果父子进程都准备好了要返回了，但是此时 CPU 开始轮询了，那么最后谁先返回就不确定了。总的来说，父子进程谁先执行是不确定的。对于后者，能够保证子进程执行 exec 和 exit 之前，父进程处于休眠状态，即：子进程先执行。

（2）前者在创建子进程时，子进程会复制掉父进程的数据段、堆、栈（代码段共享）（Copy on Write）。后者的子进程在执行 exec 和 exit 之前，会与父进程共用父进程的虚拟地址空间。

（SAW：Game Over！）

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