init进程将系统启动后,init将成为此后所有进程的祖先,此后的进程都是直接或间接从init进程“复制”而来。完成该“复制”功能的函数有fork()和clone()等。

一个进程(父进程)调用fork()函数后将会把自己复制一份,而这个被复制出来的新进程称为子进程,就这么简单地完成了新进程的创建。fork函数几乎完整地复制了父进程,除了几个特殊的方面外(至少pid不一样吧,具体的查看这里有一个完整的列表)

fork函数原型:pid_t fork(void);

其包含在 unistd.h 头文件中,其中pid_t是表示“type of process id”的32位整数, 至于函数的返回值,取决于在哪个进程中来检测该值,如果是在新创建的进程中,其为0;如果是在父进程中(创建新进程的进程),其为新创建的进程的id; 如果创建失败,则返回负值。

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int main ()

{

     printf("app start...\n");

     pid_t id = fork();

     if (id<) {

         printf("error\n");

     }else if (id==) {

         printf("hi, i'm in new process, my id is %d \n", getpid());

     }else {

         printf("hi, i'm in old process, the return value is %d\n", id);

     }

     return ;

 }

(上面使用了getpid函数,其返回当前进程的pid。)

程序输出为:

 app start...

 hi, i'm in old process, the return value is 5429

 hi, i'm in new process, my id is 5429

新进程被创建后将被放入“可执行队列”而进入“TASK_RUNNING”状态,并从父进程当前位置独立地运行。看下面的DEMO:

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int main ()

{

     printf("app start...\n");

     int counter = ;

     fork();

     counter++;

     printf("the counter value %d\n", counter);

     return ;

 }

输出为:

app start...

the counter value 

the counter value 

画个图就很能容易解释了:

新进程得到的是父进程的副本,所以,父子进程counter变量不会相互影响

fork函数将复制父进程的地址空间给子进程,但为了提高效率,复制过程并不会真正的进行物理内存的完整复制,而是采用“写拷贝(copy-on-write)”技术让父子进程尽可能地长久地共享该物理内存,仅仅是复制内存页入口地址并标记写拷贝对应的页面,当修改真正发生时才真正复制。

再来一个demo:

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int main ()

{

     printf("app start...");

     fork();

     return ;

 }

输出为:

app start...app start...

好奇怪是吧?情况是这样的:

当你调用printf时,字符串被写入stdout缓冲区(还没刷到屏幕上),然后fork,子进程复制了父进程的缓冲区,所以子进程的stdout缓冲区中也包含了“app start ...”这个字符串,然后父子进程各自运行,当他们遇到return语句时,缓冲器会被强制刷新,然后就分别将“app start...”刷到了屏幕上。如果想避免,在fork前,调用fflush强制刷新下缓冲区就可以了,在字符串后面加上“\n”也可以,因为stdout是按行缓冲的。更多的,参考我的一篇博文。

与fork()函数非常类似的还有一个交vfork()的函数,它需要一点exec的知识,可以先阅读完“运行新程序”后再回头来看。

我们知道,调用fork函数后,新进程会复制父进程的内存空间并继续运行,也就是说子进程仍然运行着和父进程相同的程序代码,在大多数情况下这并非我们的本意,我们一般会fork一个新的进程,然后调用exec族函数(族函数表示由几个功能类似的函数组成的一组函数)来运行新的程序,exec族函数会用新的进程映像重写原复制过来的内存空间,比如用新程序的代码去覆盖原来代码段的内容等。很明显,fork时的复制工作白干了。所以,在这种情形下(fork后立即exec),一个聪明的做法是,fork时不复制父进程的内存空间而是共享(占用)父进程的内存空间以暂时在父进程的内存空间内运行(类似于线程),等到调用exec族函数后便拥有了自己的内存空间,然后脱离父进程独立运行,而这正是vfork所做的事情,也是vfork和fork的主要区别。

在调用exec前,由于子进程共享了父进程的内存空间,如果子进程篡改父进程数据结果将不可预期,而这是不允许的,同时,父进程会等待子进程调用exec函数后(或子进程调用_exit()退出,比如exec失败时)才继续运行。如果不按此约定编写代码则可能会引起死锁或其它不可。预期的情况。

还有一个相对较复杂的方法来创建新进程:clone()。我们知道fork()创建的进程和父进程是独立的,两者之间没有干扰,并且需要专门的“进程间通讯(IPC)”机制来进行沟通。其实,在某些情况之下我们并不希望父子进程之间显得那么独立,因为那可能带来更多的通讯成本和资源复制带来的浪费。clone()这个系统调用便允许我们选择性地继承(共享)父进程资源,比如我们共享父进程的内存空间的话,那么创造出来的新进程实际上就是一个线程了。

clone 函数:

int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg, ... );

第1个参数是一个函数指针,表示新进程要做的工作。

第2个参数指向新进程所需的堆栈空间。

第3个参数,指示子进程如何与父进程共享资源,可选项很多,请参考这里。但一些常用的如下所示:

Ÿ CLONE_SIGHAND   子进程与父进程共享相同的信号处理(signal handler)表。

Ÿ CLONE_VM        子进程与父进程运行于相同的内存空间。

Ÿ CLONE_FILES      子进程与父进程共享相同的文件描述符(file descriptor)表

Ÿ CLONE_FS         子进程与父进程共享相同的文件系统,包括root、当前目录、umask。

Ÿ CLONE_PARENT    创建的子进程的父进程是调用者的父进程,新进程与创建它的进程成了“兄弟”而不是“父子”

另外,为了更好的理解fork()和clone()的关系:

fork的实现:

     do_fork(CLONE_SIGCHLD,...)

clone的实现:

     do_fork(CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGCHLD,...)

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