【Linux】进程的创建fork()和vfork()

创建一个新进程的方法只有由某个已存在的进程调用fork()或vfork()

1、fork()函数

NAME

                fork  - create a child process

SYNOPSIS

                #include<unistd.h>

                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：成功：子进程中返回0，父进程中返回子进程ID，

             失败：父进程返回-1。

1）子进程是父进程的一个拷贝。子进程从父进程得到数据段和堆、栈段的拷贝，这些需要分配新的内存（不是与父进程共享内存），而对于只读的代码段，通常使用共享内存的方式访问。即父子进程不共享这些存储空间部分。父子进程共享正文段。

2）子进程和父进程的运行无关，没有先后顺序。在fork之后的父进程先执行还是子进程先执行是不确定的（取决于内核的调度算法） 。可以决定谁先退出，一般都是让子进程先退出。 

3）fork返回后，子进程和父进程都从调用fork函数的下一条语句开始执行。

由于fork之后经常归属exec，所以现在很多实现并不执行一个父进程数据段、栈和堆的完全复制。作为替代，使用了写时复制(Copy-On-Write)技术。这些区域由父子进程共享，而且内核将他们的访问权限改变为只读的。如果父子进程中的任一个试图修改这些区域，则内核只为修改区域的那块内存制作一个副本。

下面的程序演示了fork函数，从中可以看出子进程对变量所作的改变并不去影响父进程中该变量的值。

以前的fork创建一个子进程时，将会创建一个新的地址空间，并且拷贝父进程的资源。

之后会有两种行为：

1）执行从父进程那里拷贝过来的代码段（进程希望复制自身，从而父子进程能同时执行不同段的代码）；

2）调用exec执行一个新的代码段（进程想执行另外一个程序）

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。例如，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

当进程调用exec时，一个进程替换了当前进程的文本、数据、栈、堆段。这样，前面的拷贝工作就无用了，这种情况下，人们想出了vfork。

vfork并不复制父进程的进程环境，子进程在父进程的地址空间中运行，所以子进程不能进行写操作，并且儿子“霸占”着父亲的房子的时候，就要委屈父亲一下，让他在外面歇着（阻塞），一旦儿子执行了exec或者exit后，相当于儿子买了属于自己的房子，这时候就相当于分家了。

2、vfork()函数

NAME

                vfork  - create a child process and block parent    ------block(阻塞)

SYNOPSIS

                #include<unistd.h>

               pid_t vfork(void);

Vfork创建新进程的主要目的是调用exec函数执行另一个新进程，在没有调用exec或exit之前，子进程的运行是与父进程共享数据段的。vfork调用，子进程先运行，父进程挂起，直到子进程调用exec或者exit，在此之后，父子进程的执行顺序不再被限制。

可见子进程直接改变了父进程的变量值，因为子进程在父进程的地址空间中运行。

3、fork()和vfork()的区别

1）vfork保证子进程先运行，在它调用exec或者exit之后，父进程才可能被调度运行，之后，父子进程的执行顺序才不再有限制。如果在调用exec或者exit之前，子进程依赖于父进程的进一步动作，则会导致死锁。

2）fork要拷贝父进程的进程环境（数据段），而vfork不需要完全拷贝父进程的进程环境（数据段），在调用exec或者exit之前，父子进程共享进程环境（数据段），相当于线程概念，此时父进程阻塞等待（因为子进程先运行）。

经典例子

       程序在后续执行时出现了错误，并且可知道是在父进程中出现的错误vfork函数调用时，子进程比父进程先运行，在调用test()函数执行时，子进程执行完之后，将清理test函数的栈空间，然后子进程再调用fun()函数，将覆盖掉test的栈空间，继续执行fun函数。但是当子进程退出后，执行父进程，此时在test函数返回的时候该栈空间已经被子进程破坏了，不存在了，所以就出现了栈错误。