Linux 环境编程之进程控制：fork 与 vfork

函数定义

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

fork

作用：产生一个子进程。

返回：有两次，分别给父进程和子进程。子进程的返回值是0，父进程的返回值是子进程的进程ID。

给父进程返回子进程ID理由：Linux没有函数可以获取所有子进程的ID（需要及时返回）

给子进程返回0理由：进程只有一个父进程，可通过getppid() 获得父进程ID（不需要及时返回）

（ps. 进程ID 0 由内核交换进程使用）

返回后，子进程与父进程执行fork后的代码。

 

fork 与进程地址空间

子进程与父进程只共享代码段，其他部分如 数据段、堆、栈 互相独立。

因为大多数fork 后会执行exec，所以现在一般不会fork 时立即拷贝父进程的数据、堆、栈的副本，而是用 写时复制

 

写时复制（copy-on-write，COW）

父子进程在 fork 后，仍然共享数据、堆、栈空间。此时内核将这些空间的权限设置为“只读”。若任意一方修改了这些区域（产生了不一致），那么内核只给修改的区域对应的内存生成一个副本，通常是一个“页”。

 

文件共享

fork 会将父进程打开的文件描述符都复制到子进程中。父进程和子进程共享同一文件偏移量。

这种情况下，如果父子进程之间没有任何同步措施，那么可能对一个文件描述符的操作（例如写）会相互混合

所以fork 之后对文件描述符的处理一般采用以下方法：

1、父进程等待子进程结束，这样子进程退出后，文件描述符的偏移量已经更新，父进程后续操作安全。

2、父子进程fork 之后执行不同代码段，这样fork 之后，父子进程分别关闭各自不需要的文件描述符，这样不会互相干扰，这在网络服务进程中常用。

 

vfork

返回值和fork 相同，但是设计目的不同，vfork 被设计为子进程产生后立刻调用exec 或者exit，所以不会复制父进程的地址空间（exec 会修改代码段，而复制就多余了）。

子进程调用exec或exit 前，在父进程空间中运行。

fork 是写时复制，而vfork 不会复制。

子进程若没有立即执行exec或exit，而是修改数据、函数调用、或直接返回，都会带来未知结果；（貌似是coredump）

vfork 保证子进程先运行，调用exit 或exec 后父进程才有机会运行。

 

测试代码

#include <sys/types.h>                                    
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
    int num = 0;
    printf("fork now\n");
    int fd = open("forktest.txt", O_RDWR | O_CREAT, 0600);
    //pid_t pid = fork();
    pid_t pid = vfork();
    if (pid < 0)
    {
        printf("fork fail\n");
        exit(-1);
    }
    if (pid == 0)
    {
        num = 1;
        char* buf = "this is son process.";
        write(fd, buf, strlen(buf));
    }
    else
    {
        //num = 2;
        char* buf = "this is father process.";
        write(fd, buf, strlen(buf));
    }
    printf("num is:%d\n", num);
    close(fd);
    exit(0);
}

fork的输出：

$ ./forktest 
fork now
num is:0
$ num is:1

父进程结束后，先显示了命令行提示符，然后才是子进程的输出。

vfork 的输出：

fork now
num is:1
num is:1

子进程在父进程地址空间运行，所以num 是一样的，且子进程先输出了。

至于fork 有可能因为父子进程同时写文件而错乱，貌似没有遇到。

 

Linux C API 参考手册

LinuxAPI

《Unix环境高级编程》8.3-8.4 小节

Linux中fork，vfork和clone详解（区别与联系）

fork与vfork的区别 用代码清晰讲解了fork 与vfork 对代码段和数据段的拷贝情况