如何正确地使用vfork()：简析vfork()与fork()的不同

今天看到知乎上有人问了一个由于不恰当的使用vfork()而导致的一个奇怪现象，底下的回答非常精彩。趁此机会我也仔细了解了一下vfork()的特性。

其实对vfork()最完备、权威的表述莫过于man手册里面的解释了。

简单的说，vfork()跟fork()类似，都是创建一个子进程，这两个函数的的返回值也具有相同的含义。但是vfork()创建的子进程基本上只能做一件事，那就是立即调用_exit()函数或者exec函数族成员，调用任何其它函数（包括exit()）、修改任何数据（除了保存vfork()返回值的那个变量）、执行任何其它语句（包括return）都是不应该的。此外，调用vfork()之后，父进程会一直阻塞，直到子进程调用_exit()终止，或者调用exec函数族成员。

关于如何正确使用vfork()，上面这一段就是全部了。但是为什么vfork()会这样呢？ 其实vfork()和fork()之间只有两点不同：

fork()会复制父进程的页表，而vfork()不会复制，直接让子进程共用父进程的页表；
fork()使用了写时复制技术，而vfork()没有，它任何时候都不会复制父进程地址空间。

即使算上vfork()会阻塞父进程而fork()不会，也只有三点不同，没有更多不同了。所以vfork()产生的子进程跟父进程完全共同使用同一个地址空间，甚至共享同一个函数堆栈！也就是子进程中对任何数据变量的修改，不管是局部的还是全局的，都会影响到父进程。而任何一个函数调用都会修改栈空间，这就是为什么vfork()的子进程不能随便调用别的函数。

但需要注意的是，由于vfork()毕竟还是产生一个新的进程，所以子进程拥有自己的进程描述符，拥有自己的寄存器，最重要的是，拥有自己的打开文件列表！

注意拥有自己的打开文件列表非常重要，因为如果子进程只是简单地共用父进程的打开文件列表，那么当子进程调用_exit()退出时，_exit()内部会自动关闭当前进程打开的所有文件描述符，也就是打开文件列表里面的文件，这将导致父进程恢复执行时，无法访问到自己之前已经打开过的文件，包括标准输入、标准输出和标准错误输出。所幸的是这永远不会发生，子进程会复制父进程的打开文件列表，并增加文件引用计数。

那为什么vfork()子进程中可以调用_exit()，却不可以调用exit()，也不可以直接return呢？

exit()是对_exit()的封装，它自己在调用_exit()前会做很多清理工作，其中包括刷新并关闭当前进程使用的流缓冲（比如stdio.h里面的printf等），由于vfork()的子进程完全共享了父进程地址空间，子进程里面的流也是共享的父进程的流，所以子进程里面是不能做这些事的。

直接return就更不行了，子进程return以后，会从当前函数的外部调用点后面继续执行，这后面子进程可能将会执行很多语句，结果就没法预料了。

最后看一段程序，如果理解了这段程序，那么对vfork()的理解基本上就没什么大问题了：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

void stack1() {
    vfork();
}

void stack2() {
    _exit(0);
}

int main() {

    stack1();

    printf("%d goes 1\n", getpid());
    stack2();

    printf("%d goes 2\n", getpid());
    return 0;
}

如果父进程pid为1000，子进程pid为1001，那么输出将会是：

1001 goes 1

1000 goes 2