UNIX环境高级编程——线程和fork

当线程调用fork时，就为子进程创建了整个进程地址空间的副本。子进程通过继承整个地址空间的副本，也从父进程那里继承了所有互斥量、读写锁和条件变量的状态。如果父进程包含多个线程，子进程在fork返回以后，如果紧接着不是马上调用exec的话，就需要清理锁的状态。

在子进程内部只存在一个线程，它是由父进程中调用fork的线程的副本构成的。如果父进程中的线程占有锁，子进程同样占有这些锁。问题是子进程并不包含占有锁的线程的副本，所以子进程没有办法知道它占有了哪些锁，并且需要释放哪些锁。

当多线程进程调用fork创建子进程时，Pthreads指定只有那个调用fork的线程在子进程内存在（表示子进程中只有调用线程这个线程）。尽管当从fork调用返回时，只有调用线程在子进程中存在，所有其他的Pthreads线程状态（互斥量、读写锁和条件变量的状态以及线程私有数据键）仍保留为与调用fork时相同的状态。在子进程中，线程拥有与在父进程内相同的状态。

注：fork调用不会影响互斥量的状态。如果它在父进程中被锁住，则它在子进程中被锁！

因为没有调用线程私有数据销毁和清除处理函数，你可能需要担心存储泄漏问题。

1.fork处理器

int pthread_atfork(void (*prepare)(void),void
(*parent)(void),void(*child)(void));//返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号

Pthreads增加了pthread_atfork ”fork处理器”机制以允许你的代码越过fork调用保护数据和不变量。这与atexit有点类似，后者在一个进程终止时允许程序执行清除操作。

使用pthread_atfork，你需要提供三个独立的处理函数地址。

prepare fork处理程序由父进程调用fork创建子进程之前调用，这个fork处理程序的任务是获得父进程定义所有的锁。

parent fork处理程序在fork创建了子进程以后，但在fork返回之前在父进程环境中调用，这个fork处理程序的任务是对prepare fork处理程序获得的所有锁进行解锁。

child fork处理程序在fork返回之前在子进程环境中调用，与parent fork处理程序一样，child fork处理程序也必须释放parent fork处理程序获得的所有锁。

可以调用pthread_atfork多次注册多组回调函数，这时，回调函数调用的顺序规定如下：

prepare函数调用顺序与它们的注册顺序相反；
parent和child函数的调用顺序与注册顺序相同。

示例代码：

#include
<stdio.h>

#include
<stdlib.h>

#include
<unistd.h>

#include
<signal.h>

#include
<pthread.h>

pthread_mutex_t lock1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

pthread_mutex_t lock2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void prepare(void)

{

printf("preparing locks...\n");

pthread_mutex_lock(&lock1);

pthread_mutex_lock(&lock2);

}

void parent(void)

{

printf("parent unlocking locks...\n");

pthread_mutex_unlock(&lock1);

pthread_mutex_unlock(&lock2);

}

void child(void)

{

printf("child unlocking locks...\n");

pthread_mutex_unlock(&lock1);

pthread_mutex_unlock(&lock2);

}

void
*thr_fn(void
*fn)

{

printf("thread started...\n");

pause();

return
0;

}

int main(void)

{

pid_t pid;

pthread_t tid;

//BSD系统和MAC OS系统不支持pthread_atfork

#if
defined(BSD) ||
defined(MACOS)

printf("pthread_atfork is unsupported\n");

#else

pthread_atfork(prepare, parent, child);

pthread_create(&tid, NULL, thr_fn, NULL);

sleep(2);

printf("parent about to fork...\n");

pid = fork();

if (
0 == pid )

printf("child returned from fork\n");

else {

printf("parent returned from fork\n");

wait(NULL);

}

#endif

return
0;

}

运行结果：

huangcheng@ubuntu:~$ ./a.out

thread started...

parent about to fork...

preparing locks...

parent unlocking locks...

parent returned from fork

child unlocking locks...

child returned from fork