淺談Linux vfork與fork簡單對比分析

本文分享了Linux vfork與fork簡單對比分析，分享給大家，具體如下：

fork相關問題：

一、fork基礎了解

fork作用為創建一個子進程，在使用了fork命令后，內核會分配新的內存塊和數據結構給子進程，并且將父進程的部分數據結構內容拷貝到子進程，最后再將子進程添加到系統進程列表中，添加完成后fork返回，開始調度。

頭文件：#include < unistd.h >

函數原型：pid_t fork( )

返回值：返回值大于0則當前進程為父進程，等于0代表為子進程，小于零代表創建子進程失敗。

通過一個例子來了解：

  #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){
     //該進程為子進程
     printf("im child[%d],fasther is %d,tmp is %d.\n",getpid(),getppid(),tmp++);
   }else{
     //該進程為父進程
     printf("im father[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
   }
   printf("tmp = %d\n",tmp);
   return 0;
 }     

運行結果：

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

相關問題小結：

通過結果很明顯的能看出本次調用中，先執行父進程，對應pid為3128，在父進程中tmp++，所以輸出為6；關鍵問題在于子進程，有兩個關鍵點。

①為什么結果中子進程父親pid為1：通過輸出我們能看出父進程先執行完成后才執行的子進程，也就是說當子進程執行時父進程已結束，此時該子進程相當于一個孤兒進程，被pid為1也就是Init進程所管理，所以子進程的ppid為1；

②為什么子進程最后輸出tmp值還為6： fork進程采用的是寫時拷貝，父子進程一開始共享一片內存區域，但是只有有一方要對數據進行修改，則再開辟一塊空間，防止相互修改影響。所以在上述代碼中，雖說是一個tmp，其實內存中各自保留了一份值。

二、關于fork過程中寫時拷貝：

這下就不難看出，父子進程數據段和代碼段開始時是共享一塊對應的內存，當一方嘗試寫入時，便產生了寫時拷貝。需要注意的是：fork之前，父進程獨立執行，fork之后，父子兩個執行流分別執行，至于誰先執行，由調度器決定?？赏ㄟ^下面例子很明顯的看出是從fork之后才分別執行。

  #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){
     //該進程為子進程
     printf("im child[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
   }else{
     //該進程為父進程
     printf("im father[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
   }
   printf("tmp = %d\n",tmp);
   return 0;
 }

輸出結果：

There is fork before

im father[3625],tmp is 5.

tmp = 6

im child[3626],tmp is 5.

tmp = 6

三、fork調用失敗的原因：

①系統中已經存在太多進程，無法再創建新的進程?？赏ㄟ^ulimit -a命令查看當前所有的資源限制。

②內存不足，由于開辟每個新的進程都要分配一個PCB，并為新進程分配資源，內存都不足也就別提還想著再創建進程了。

vfork相關問題：

一、vfork基礎了解

<1>vfork創建新進程的主要目的在于用exec函數執行另外的程序，實際上，在沒調用exec或_exit之前子進程與父進程共享數據段。在vfork調用中，子進程先運行，父進程掛起，直到子進程調用exec或_exit，在這以后，父子進程的執行順序不再有限制。

頭文件：#include < unistd.h >

函數原型：pid_t vfork( )

返回值：返回值大于0則當前進程為父進程，等于0代表為子進程，小于零代表創建子進程失敗。

通過一個例子來了解：

 #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;
 }

輸出結果：

child res = 10

father res = 10

結果分析：正如上面所說的，子進程直接公用父進程的頁表，改變子進程的數據也會影響到父進程。

<2>vfork用處：

vfork()跟fork()類似，都是創建一個子進程，這兩個函數的的返回值也具有相同的含義。但是vfork()創建的子進程基本上只能做一件事，那就是立即調用_exit()函數或者exec函數族成員，調用任何其它函數（包括exit()）、修改任何數據（除了保存vfork()返回值的那個變量）、執行任何其它語句（包括return）都是不應該的。更需要注意的是：調用vfork()之后，父進程會一直阻塞，直到子進程調用_exit()終止，或者調用exec函數族成員。

<3>為什么只能用_exit退出：

exit()是對_exit()的封裝，它自己在調用_exit()前會做很多清理工作，其中包括刷新并關閉當前進程使用的流緩沖（比如stdio.h里面的printf等），由于vfork()的子進程完全共享了父進程地址空間，子進程里面的流也是共享的父進程的流，所以子進程里面是不能做這些事的。直接return就更不行了，子進程return以后，會從當前函數的外部調用點后面繼續執行，這后面子進程可能將會執行很多語句，結果就沒法預料了。在man手冊中也強調了這一點，必須使用_exit退出。

fork與vfork的區別

1.vfork保證子進程先運行，在它調用exec或exit之后父進程才可能被調度運行。如果在調用這兩個函數之前子進程依賴于父進程的進一步動作，則會導致死鎖。

2.fork要拷貝父進程的進程環境；而vfork則不需要完全拷貝父進程的進程環境，在子進程沒有調用exec和exit之前，子進程與父進程共享進程環境，相當于線程的概念，此時父進程阻塞等待。

為什么會有vfork呢?

因為以前的fork當它創建一個子進程時，將會創建一個新的地址空間，并且拷貝父進程的資源，然后將會有兩種行為：

1.執行從父進程那里拷貝過來的代碼段

2.調用一個exec執行一個新的代碼段

當進程調用exec函數時，一個新程序替換了當前進程的正文，數據，堆和棧段。這樣，前面的拷貝工作就是白費力氣了，這種情況下，聰明的人就想出了vfork。vfork并不復制父進程的進程環境，子進程在父進程的地址空間中運行，所以子進程不能進行寫操作，并且在兒子“霸占”著老子的房子時候，要委屈老子一下了，讓他在外面歇著（阻塞），一旦兒子執行了exec或者exit后，相當于兒子買了自己的房子了，這時候就相當于分家了。

因此，如果創建子進程是為了調用exec執行一個新的程序的時候，就應該使用vfork

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