淺談Linux vfork與fork簡(jiǎn)單對(duì)比分析

本文分享了Linux vfork與fork簡(jiǎn)單對(duì)比分析，分享給大家，具體如下：

fork相關(guān)問(wèn)題：

一、fork基礎(chǔ)了解

fork作用為創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，在使用了fork命令后，內(nèi)核會(huì)分配新的內(nèi)存塊和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)給子進(jìn)程，并且將父進(jìn)程的部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)容拷貝到子進(jìn)程，最后再將子進(jìn)程添加到系統(tǒng)進(jìn)程列表中，添加完成后fork返回，開始調(diào)度。

頭文件：#include < unistd.h >

函數(shù)原型：pid_t fork( )

返回值：返回值大于0則當(dāng)前進(jìn)程為父進(jìn)程，等于0代表為子進(jìn)程，小于零代表創(chuàng)建子進(jìn)程失敗。

通過(guò)一個(gè)例子來(lái)了解：

  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  
    
  int main()
  {
    int tmp = 5;
    pid_t res = fork();
    if(res < 0){
     //fork失敗
     perror("fork");
   }else if(res == 0){
     //該進(jìn)程為子進(jìn)程
     printf("im child[%d],fasther is %d,tmp is %d.\n",getpid(),getppid(),tmp++);
   }else{
     //該進(jìn)程為父進(jìn)程
     printf("im father[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
   }
   printf("tmp = %d\n",tmp);
   return 0;
 }     

運(yùn)行結(jié)果：

im father[3128],tmp is 5.
tmp = 6
im child[3129],fasther is 1,tmp is 5.
tmp = 6

相關(guān)問(wèn)題小結(jié)：

通過(guò)結(jié)果很明顯的能看出本次調(diào)用中，先執(zhí)行父進(jìn)程，對(duì)應(yīng)pid為3128，在父進(jìn)程中tmp++，所以輸出為6；關(guān)鍵問(wèn)題在于子進(jìn)程，有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

①為什么結(jié)果中子進(jìn)程父親pid為1：通過(guò)輸出我們能看出父進(jìn)程先執(zhí)行完成后才執(zhí)行的子進(jìn)程，也就是說(shuō)當(dāng)子進(jìn)程執(zhí)行時(shí)父進(jìn)程已結(jié)束，此時(shí)該子進(jìn)程相當(dāng)于一個(gè)孤兒進(jìn)程，被pid為1也就是Init進(jìn)程所管理，所以子進(jìn)程的ppid為1；

②為什么子進(jìn)程最后輸出tmp值還為6： fork進(jìn)程采用的是寫時(shí)拷貝，父子進(jìn)程一開始共享一片內(nèi)存區(qū)域，但是只有有一方要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，則再開辟一塊空間，防止相互修改影響。所以在上述代碼中，雖說(shuō)是一個(gè)tmp，其實(shí)內(nèi)存中各自保留了一份值。

二、關(guān)于fork過(guò)程中寫時(shí)拷貝：

這下就不難看出，父子進(jìn)程數(shù)據(jù)段和代碼段開始時(shí)是共享一塊對(duì)應(yīng)的內(nèi)存，當(dāng)一方嘗試寫入時(shí)，便產(chǎn)生了寫時(shí)拷貝。需要注意的是：fork之前，父進(jìn)程獨(dú)立執(zhí)行，fork之后，父子兩個(gè)執(zhí)行流分別執(zhí)行，至于誰(shuí)先執(zhí)行，由調(diào)度器決定。可通過(guò)下面例子很明顯的看出是從fork之后才分別執(zhí)行。

  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  
  
  int main()
  {
    int tmp = 5;
    printf("There is fork before\n");
    pid_t res = fork();
   if(res < 0){
     //fork失敗
     perror("fork");
   }else if(res == 0){
     //該進(jìn)程為子進(jìn)程
     printf("im child[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
   }else{
     //該進(jìn)程為父進(jìn)程
     printf("im father[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
   }
   printf("tmp = %d\n",tmp);
   return 0;
 }

輸出結(jié)果：

There is fork before

im father[3625],tmp is 5.

tmp = 6

im child[3626],tmp is 5.

tmp = 6

三、fork調(diào)用失敗的原因：

①系統(tǒng)中已經(jīng)存在太多進(jìn)程，無(wú)法再創(chuàng)建新的進(jìn)程?？赏ㄟ^(guò)ulimit -a命令查看當(dāng)前所有的資源限制。

②內(nèi)存不足，由于開辟每個(gè)新的進(jìn)程都要分配一個(gè)PCB，并為新進(jìn)程分配資源，內(nèi)存都不足也就別提還想著再創(chuàng)建進(jìn)程了。

vfork相關(guān)問(wèn)題：

一、vfork基礎(chǔ)了解

<1>vfork創(chuàng)建新進(jìn)程的主要目的在于用exec函數(shù)執(zhí)行另外的程序，實(shí)際上，在沒(méi)調(diào)用exec或_exit之前子進(jìn)程與父進(jìn)程共享數(shù)據(jù)段。在vfork調(diào)用中，子進(jìn)程先運(yùn)行，父進(jìn)程掛起，直到子進(jìn)程調(diào)用exec或_exit，在這以后，父子進(jìn)程的執(zhí)行順序不再有限制。

頭文件：#include < unistd.h >

函數(shù)原型：pid_t vfork( )

返回值：返回值大于0則當(dāng)前進(jìn)程為父進(jìn)程，等于0代表為子進(jìn)程，小于零代表創(chuàng)建子進(jìn)程失敗。

通過(guò)一個(gè)例子來(lái)了解：

 #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  
  int tmp = 3;
  
  int main()
  {
    pid_t res = vfork();
    if(res < 0){
     perror("vfork");
     _exit();
   }else if(res == 0){
    tmp = 10;
 printf("child res = %d\n",tmp);
     _exit(0);
   }else{
     printf("father res = %d\n",tmp);
   }
 
   return 0;
 }

輸出結(jié)果：

child res = 10

father res = 10

結(jié)果分析：正如上面所說(shuō)的，子進(jìn)程直接公用父進(jìn)程的頁(yè)表，改變子進(jìn)程的數(shù)據(jù)也會(huì)影響到父進(jìn)程。

<2>vfork用處：

vfork()跟fork()類似，都是創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，這兩個(gè)函數(shù)的的返回值也具有相同的含義。但是vfork()創(chuàng)建的子進(jìn)程基本上只能做一件事，那就是立即調(diào)用_exit()函數(shù)或者exec函數(shù)族成員，調(diào)用任何其它函數(shù)（包括exit()）、修改任何數(shù)據(jù)（除了保存vfork()返回值的那個(gè)變量）、執(zhí)行任何其它語(yǔ)句（包括return）都是不應(yīng)該的。更需要注意的是：調(diào)用vfork()之后，父進(jìn)程會(huì)一直阻塞，直到子進(jìn)程調(diào)用_exit()終止，或者調(diào)用exec函數(shù)族成員。

<3>為什么只能用_exit退出：

exit()是對(duì)_exit()的封裝，它自己在調(diào)用_exit()前會(huì)做很多清理工作，其中包括刷新并關(guān)閉當(dāng)前進(jìn)程使用的流緩沖（比如stdio.h里面的printf等），由于vfork()的子進(jìn)程完全共享了父進(jìn)程地址空間，子進(jìn)程里面的流也是共享的父進(jìn)程的流，所以子進(jìn)程里面是不能做這些事的。直接return就更不行了，子進(jìn)程return以后，會(huì)從當(dāng)前函數(shù)的外部調(diào)用點(diǎn)后面繼續(xù)執(zhí)行，這后面子進(jìn)程可能將會(huì)執(zhí)行很多語(yǔ)句，結(jié)果就沒(méi)法預(yù)料了。在man手冊(cè)中也強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)，必須使用_exit退出。

fork與vfork的區(qū)別

1.vfork保證子進(jìn)程先運(yùn)行，在它調(diào)用exec或exit之后父進(jìn)程才可能被調(diào)度運(yùn)行。如果在調(diào)用這兩個(gè)函數(shù)之前子進(jìn)程依賴于父進(jìn)程的進(jìn)一步動(dòng)作，則會(huì)導(dǎo)致死鎖。

2.fork要拷貝父進(jìn)程的進(jìn)程環(huán)境；而vfork則不需要完全拷貝父進(jìn)程的進(jìn)程環(huán)境，在子進(jìn)程沒(méi)有調(diào)用exec和exit之前，子進(jìn)程與父進(jìn)程共享進(jìn)程環(huán)境，相當(dāng)于線程的概念，此時(shí)父進(jìn)程阻塞等待。

為什么會(huì)有vfork呢?

因?yàn)橐郧暗膄ork當(dāng)它創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程時(shí)，將會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的地址空間，并且拷貝父進(jìn)程的資源，然后將會(huì)有兩種行為：

1.執(zhí)行從父進(jìn)程那里拷貝過(guò)來(lái)的代碼段

2.調(diào)用一個(gè)exec執(zhí)行一個(gè)新的代碼段

當(dāng)進(jìn)程調(diào)用exec函數(shù)時(shí)，一個(gè)新程序替換了當(dāng)前進(jìn)程的正文，數(shù)據(jù)，堆和棧段。這樣，前面的拷貝工作就是白費(fèi)力氣了，這種情況下，聰明的人就想出了vfork。vfork并不復(fù)制父進(jìn)程的進(jìn)程環(huán)境，子進(jìn)程在父進(jìn)程的地址空間中運(yùn)行，所以子進(jìn)程不能進(jìn)行寫操作，并且在兒子“霸占”著老子的房子時(shí)候，要委屈老子一下了，讓他在外面歇著（阻塞），一旦兒子執(zhí)行了exec或者exit后，相當(dāng)于兒子買了自己的房子了，這時(shí)候就相當(dāng)于分家了。

因此，如果創(chuàng)建子進(jìn)程是為了調(diào)用exec執(zhí)行一個(gè)新的程序的時(shí)候，就應(yīng)該使用vfork

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