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进程创建fork()和vfork()

2018-03-10 16:04 134 查看
一个现有的进程可以通过两种方式创建一个新的进程，下面详细介绍两种 
fork()
、 
vfork()
。

fork()

函数原型（ man 手册）：

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);


描述：

fork()
以当前的进程为副本创建一个新的进程，新创建的进程被称为子进程， 当前的进程被称为父进程，父进程和子进程运行在各自的地址空间。

返回值：

在父进程中返回子进程 的pid，子进程中返回0。可以这样理解，对于父进程来说它可以有多个子进程，所以父进程需要知道子进程的 pid ， 而对于子进程来说，它只有一个父亲，而且其父进程 ppid 已经记录在它的 
PCB
 中了，所以就没必要再返回父进程 pid 了。而fork失败的话返回-1。

fork失败原因：

进程当前系统进程数量达到“上限”；

系统内存内存不足；

操作系统不支持 fork。

用法实例:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
pid_t ret = fork();

if(ret < 0){
perror("fork");
return 1;
}
else if(ret > 0){//father
sleep(3);
printf("father start!\n");
printf("pid : %d\n", getpid());
printf("ret(child’s pid) : %d\n", ret);
printf("father end!\n");
wait(NULL);
}else{//child
printf("child start!\n");
printf("pid: %d\n",  getpid());
printf("ppid: %d\n", getppid());
printf("ret: %d\n", ret);
printf("child end!\n");
}
printf("%d come here\n", getpid());

return 0;
}


运行结果：



从代码中看，我们让父进程睡眠三秒（三秒并不保证子进程能执行完），以保证让子进程先执行，3 秒后父进程开始执行，打印结果如我们所料。

下面看看系统调用 fork 的原理。



在执行 
fork
函数后，内核将拷贝一份父进程的副本作为子进程。子进程获得父进程的数据空间，堆和栈、文件描述符表（这通常在网络服务中使用，即父子进程各自关闭自己不需要的文件描述，这样就不会对对方造成影响）…的副本，但是父子进程共享正文段，即代码段。所以 
fork
之后，父子进程仍然执行的是同一份代码，但我们根据返回值得不同，可以让它们执行不同的逻辑，如上图所示，在 
fork
之后父子进程各自执行灰色部分代码，从上面执行结果中也可以看出 （注意！这只是让它们执行不同的逻辑，本质上执行的还是同一份代码）

一般情况下，被创建的子进程会调用进程替换函数 
exec
，所以 
fork
之后子进程一般就不去执行和父进程同样的代码。

父子进程除了共享代码段之外，它们也共享数据段。父子进程的数据段通过页表映射到同一块物理内存中，当有一方企图修改数据段时，便以写时拷贝的方式 —— 先拷贝一份要修改的数据，再通过页表映射到新拷贝的内存处，这样一方对数据的修改就不会影响另一方。如下实例：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

int g_val = 0;

int main()
{
int i = 10;
printf("g_val: %d,i: %d\n", g_val, i);
pid_t ret = fork();

if(ret < 0){
perror("fork");
return 1;
}
else if(ret > 0){//father
sleep(3);
printf("father start!\n");
g_val = 1;
i = 11;
printf("g_val: %d,i: %d\n", g_val, i);
printf("father end!\n");
wait(NULL);
}else{//child
printf("child start!\n");
g_val = 2;
i = 12;
printf("g_val: %d,i: %d\n", g_val, i);
printf("child end!\n");
}
printf("%d come here\n", getpid());

return 0;
}


运行结果：



可以看到，父子进程对数据的修改并不会影响到对方。如下图：



vfork()

vfork
函数也用来创建一个进程，但不同于 
fork
的是 
vfork
出的子进程不会获得一份父进程的副本，而是直接在父进程的地址空间内运行，所以子进程对数据的修改会影响到父进程内。这一点将在下面验证。这么做的原因是：创建的子进程会立即调用
exec
进程函数替换，所以子进程不会使用父进程的地址空间。

除此之外， 
vfork
函数会保证子进程先运行，直到子进程调用 
exit
或 
exec
函数后，父进程才会被调度执行，此间，父进程一直被挂起等待子进程的运行结束。如下代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
int i = 0;
pid_t ret = vfork();

if(ret < 0){
perror("fork");
return 1;
}
else if(ret > 0){//father
printf("father start!\n");
printf("%p: %d\n", &i, i);
printf("father end\n");
}else{//child
printf("child start!\n");
++i;
printf("%p: %d\n", &i, i);
sleep(5);
printf("child end\n");
exit(0);
}

return 0;
}


让子进程睡眠 
5
秒是为了验证子进程先执行的问题，而变量 
i
则是为了验证子进程在父进程的地址空间内运行。运行结果如下：



可以看到，子进程运行完了，父进程才运行，而且子进程中对变量 
i
的修改影响到了父进程。

——完！

【作者：果冻：http://blog.csdn.net/jelly_9】
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标签：  fork 进程
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