操作系统 — 线程和fork

妖狐艹你老母 2022-06-01 05:45 142阅读 0赞

# 线程和fork #

对于fork相信大家都已经熟悉的不能再熟悉了! 我们最近学习到了线程，我们都知道了新创建的线程可以访问进程的地址空间，并且

继承调用线程 的 浮点环境和信号屏蔽字.线程中都可以访问到进程的分别有: 1.文件描述符表 2.每种信号的处理方式 3.当前工作目

录 4.用户id和组id  但是线程的有些资源是每个线程独有的: 1.线程id 2.上下文，包括各种寄存器的值，程序计数器和栈指针.

3.栈空间 4.errno变量 5.信号屏蔽字 6.调度优先级 那么我们来思考一下！ 在一个线程中调用fork，会发生什么情况呢 ？

当线程调用fork的时候，就是为了子进程创建了整个进程地址空间的副本，子进程与父进程是两个完全不同的进程，只要两者都没有

对内存做出改 动，父进程和子进程之间可以共享内存页的副本.

子进程通过继承整个地址空间的副本，还从父进程哪里继承了每一个互斥量，读写锁和条件变量的状态. 如果父进程包含一个以上的

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 ,

在子进程的内部，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，子进程将同样占有

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那些锁，需要释放那些锁.

如果子进程从fork返回以后马上调用一个exec函数就可以避免这样的问题！ 这种情况下，旧的地址空间就会被丢弃，所以锁的状态无

关紧要，但如 果子进程进行做处理工作的时候，这种策略就行不用了. 这个时候系统提供了一个pthread\_atfork函数送给你.

#include <pthread.h>
    
      int  pthread_atfork(void  (*prepare)(void),  void  (*parent)(void),void (*child)(void));

用pthread\_atfork函数最多可以安装三个帮助清理锁的函数. **prepare fork**处理程序有父进程在fork创建子进程之前调用，这个fork

处理程序的任 务是获取父进程定义的所有锁  **parent fork**  处理程序是在fork创建子进程之后，返回之前在父进程上下文之中调用的.

这个fork处理程序的任务 是对prepare fork处理程序获取的所有锁进行解锁. child fork处理程序在fork函数之前在子进程上下文

之中调用. 与parent fork处理程序一样 ，child fork处理程序也必须释放prepare fork处理程序获取的所有锁.

注意，不会出现加锁一次解锁两次的情况，虽然看起来也许会出现. 子进程地址空间在创建时就得到了父进程的所有锁的副本. 因为

prepare fork 处理程序获取了所有的锁，父进程中的内存和子进程中的内存内容在开始的时候是相同的. 当父进程和子进程对他们锁

的副本进程解锁的时候，新 的内存是分配给子进程的，父进程的内存内容是赋值到子进程的内存中(写时拷贝)，所以我们就会陷入这

种假象，看起来父进程对它的所有锁的副 本进行加锁，子进程对它的所有锁的副本进行了加锁，父进程和子进程对不同单元的重复的

锁都进行了解锁操作，就好像出现了下列的事件：

注：fork后的父子进程锁的状态

![SouthEast][]

（1）父进程获取所有的锁

（2）子进程获取所有锁

（3）父进程释放它的锁

（4）子进程释放它的锁

从而可以多次调用pthread\_atfork函数从而设置多套fork处理程序. 如果不需要使用其中某个处理程序，可以给特定的处理程序参数

传入空指针， 它就不会起任何作用. **使用多个fork处理程序时，处理程序的调用顺序并不相同. parent和child fork处理程序是以**

**它们注册时的顺序进行调用** **的** ，而prepare fork处理程序的调用顺序与它们注册时的顺序相反.  这样就可以允许多个模块注册它们

自己的fork处理程序，并且可以保持锁 的层次.

加入模块A调用模块B当中的函数，并且每个模块有自己的一套锁. 如果锁的层次是A在B之前，模块B必须在模块A之前设置它的fork处

理程序. 当父 进程调用fork时，就会执行下列步骤:

（1）调用模块A的prepare fork处理程序获取模块A的所有锁

（2）调用模块B的prepare fork处理程序获取模块B的所有锁

（3）创建子进程

（4）调用模块B中的child fork处理程序获取子进程中的模块B的所有锁

（5）调用模块A中的child fork处理程序释放子进程当中模块A的所有锁

（6）fork函数返回到子进程.

（7）调用模块B中的parent fork处理程序释放父进程中的模块B的所有锁

（8）调用模块A中的parent fork处理程序来释放父进程中模块A的所有锁.

（9 ）fork函数返回到父进程.

如果fork处理程序是用来清理锁的状态的，那么又由谁来负责清理条件变量的状态呢？ 在有些操作系统的实现中，条件变量可能并

不需要做任何 清理. 但是有些操作系统实现把锁作为条件变量实现的一部分，这种情况下的条件变量就需要清理. 问题是目前不存

在允许清理锁状态的接口. 如果所示嵌入到条件变量的数据结构中的，那么在调用fork之后就不能够使用条件变量了，因为还没有可移

植的方法对锁进行状态清理. 另外， 如果操作系统的实现是使用全局锁保护进程中所有的条件变量数据结构，那么操作系统实现本身

可以在fork库例程中做清理锁的工作，但是应用 程序不应该依赖操作系统实现中类似这样的细节.

[SouthEast]: /images/20220601/7848430e5cc34df2b3cdd7f9f73c97bf.png

发表评论取消回复

表情：

评论列表（有 0 条评论，142人围观）

还没有评论，来说两句吧...

相关阅读

相关浅显的聊聊操作系统线程和线程调度

goroutine调度器是建立在操作系统线程之上的，本文大概的介绍一下有关操作系统线程和线程调度规则的一些概念和含义。现在抛开定义，根据如下一段C程序直观感受下什么是线程：

忘是亡心i/ 2022年09月15日 05:41/ 0 赞/ 121 阅读

相关【操作系统】—线程概念和多线程模型

【操作系统】—线程概念和多线程模型本章节学习内容如下![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow

刺骨的言语ヽ痛彻心扉/ 2022年09月10日 04:17/ 0 赞/ 204 阅读

相关现代操作系统——进程和线程

定义计算机上所有可运行的软件，通常也包括操作系统，被组织成若干顺序进程，简称进程。 cpu在进程之间来回切换，每个进程拥有它自己的虚拟cpu。每个进程有一个逻辑计

待我称王封你为后i/ 2022年08月28日 11:51/ 0 赞/ 216 阅读

相关多线程和fork

先抛出问题：如果父进程是多线程进程，那么进行父进程进行fork后，会发生什么？子进程是否也变成多线程进程？真相是：在子进程内部只存在一个线程，它是由

女爷i/ 2022年08月20日 10:21/ 0 赞/ 108 阅读

相关《unix高级环境编程》线程控制——线程和 fork

多线程的父进程调用 fork 函数创建子进程时，子进程继承了整个地址空间的副本。子进程里面只有一个线程，它是父进程中调用 fork 函数的线程的副本。在子进程中的线程继承了在父

迷南。/ 2022年08月14日 00:45/ 0 赞/ 139 阅读

相关【操作系统】进程和线程

进程是操作系统中最核心的概念，因为它代表了操作系统最根本的价值，即多个程序的并发，以及人机交互处理，像其它的文件管理、io管理、存储器管理等，都是在处理机管理基础上发展而来的。

Love The Way You Lie/ 2022年06月03日 08:13/ 0 赞/ 326 阅读

相关操作系统 — 线程和fork

线程和fork 对于fork相信大家都已经熟悉的不能再熟悉了! 我们最近学习到了线程，我们都知道了新创建的线程可以访问进

妖狐艹你老母/ 2022年06月01日 05:45/ 0 赞/ 143 阅读

相关【操作系统】- 线程

问题？？？ ——你能够同时使用两只手，一只画圆，一只画方吗？ ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_s

朱雀/ 2022年03月17日 14:20/ 0 赞/ 292 阅读

相关操作系统-线程

1 背景自从20世纪60年代提出进程这个概念以来，在操作系统中一直都是以进程为运行的基本单位。直到20世纪80年代中期，人们才又提出了更小的能独立运行的基本单位线程。为

àì夳堔傛蜴生んèń/ 2021年09月26日 02:34/ 0 赞/ 309 阅读

相关操作系统——线程

线程线程是CPU使用的基本单元，它由线程ID、程序计数器、寄存器集合和栈组成。它与属于同一进程的其他线程共享代码段，数据段和其他操作系统资源，如打开文件和信号。一个传统

一时失言乱红尘/ 2021年06月22日 15:37/ 0 赞/ 463 阅读