UNIX环境高级编程——线程和fork

当线程调用fork时，就为子进程创建了整个进程地址空间的副本。子进程通过继承整个地址空间的副本，也从父进程那里继承了所有互斥量、读写锁和条件变量的状态。如果父进程包含多个线程，子进程在fork返回以后，如果紧接着不是马上调用exec的话，就需要清理锁的状态。
     在子进程内部只存在一个线程，它是由父进程中调用fork的线程的副本构成的。如果父进程中的线程占有锁，子进程同样占有这些锁。问题是子进程并不包含占有锁的线程的副本，所以子进程没有办法知道它占有了哪些锁，并且需要释放哪些锁。
     当多线程进程调用fork创建子进程时，Pthreads指定只有那个调用fork的线程在子进程内存在（表示子进程中只有调用线程这个线程）。尽管当从fork调用返回时，只有调用线程在子进程中存在，所有其他的Pthreads线程状态（互斥量、读写锁和条件变量的状态以及线程私有数据键）仍保留为与调用fork时相同的状态。在子进程中，线程拥有与在父进程内相同的状态。
     注：fork调用不会影响互斥量的状态。如果它在父进程中被锁住，则它在子进程中被锁！ 

因为没有调用线程私有数据销毁和清除处理函数，你可能需要担心存储泄漏问题。

1.fork处理器

int pthread_atfork(void (*prepare)(void),void (*parent)(void),void(*child)(void));//返回值：若成功则返回0，否则返回错误编号

Pthreads增加了pthread_atfork ”fork处理器”机制以允许你的代码越过fork调用保护数据和不变量。这与atexit有点类似，后者在一个进程终止时允许程序执行清除操作。

使用pthread_atfork，你需要提供三个独立的处理函数地址。prepare fork处理程序由父进程调用fork创建子进程之前调用，这个fork处理程序的任务是获得父进程定义所有的锁。parent fork处理程序在fork创建了子进程以后，但在fork返回之前在父进程环境中调用，这个fork处理程序的任务是对prepare fork处理程序获得的所有锁进行解锁。child fork处理程序在fork返回之前在子进程环境中调用，与parent fork处理程序一样，child fork处理程序也必须释放parent fork处理程序获得的所有锁。

可以调用pthread_atfork多次注册多组回调函数，这时，回调函数调用的顺序规定如下：

• prepare函数调用顺序与它们的注册顺序相反；
• parent和child函数的调用顺序与注册顺序相同。

示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <pthread.h>

pthread_mutex_t lock1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_mutex_t lock2 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void prepare(void)
{
	printf("preparing locks...\n");
	pthread_mutex_lock(&lock1);
	pthread_mutex_lock(&lock2);
}

void parent(void)
{
	printf("parent unlocking locks...\n");
	pthread_mutex_unlock(&lock1);
	pthread_mutex_unlock(&lock2);
}

void child(void)
{
	printf("child unlocking locks...\n");
	pthread_mutex_unlock(&lock1);
	pthread_mutex_unlock(&lock2);
}

void *thr_fn(void *fn)
{
	printf("thread started...\n");
	pause();
	return 0;
}

int main(void)
{
	pid_t pid;
	pthread_t tid;
	//BSD系统和MAC OS系统不支持pthread_atfork
#if defined(BSD) || defined(MACOS)
	printf("pthread_atfork is unsupported\n");
#else
	pthread_atfork(prepare, parent, child);
	pthread_create(&tid, NULL, thr_fn, NULL);
	sleep(2);
	printf("parent about to fork...\n");

	pid = fork();
	if( 0 == pid )
		printf("child returned from fork\n");
	else
	  {
		printf("parent returned from fork\n");
		wait(NULL);
	  }
#endif

	return 0;
}

运行结果：

huangcheng@ubuntu:~$ ./a.out
thread started...
parent about to fork...
preparing locks...
parent unlocking locks...
parent returned from fork
child unlocking locks...
child returned from fork