Linux-vfork与fork简单对比分析

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-06-04 04:16 200阅读 0赞

\#\#\#\#**fork相关问题：**  
\#\#\#\#\#**一、fork基础了解**  
\#\#\#\#\#fork作用为创建一个子进程，在使用了fork命令后，内核会分配新的内存块和数据结构给子进程，并且将父进程的部分数据结构内容拷贝到子进程，最后再将子进程添加到系统进程列表中，添加完成后fork返回，开始调度。

> **头文件**：\#include < unistd.h >  
> **函数原型**：pid\_t fork( )  
> \*\*返回值：\*\*返回值大于0则当前进程为父进程，等于0代表为子进程，小于零代表创建子进程失败。

\#\#\#\#\#通过一个例子来了解：

1 #include <stdio.h>
      2 #include <unistd.h>
      3 
      4     
      5 int main()
      6 {
      7     int tmp = 5;
      8     pid_t res = fork();
      9     if(res < 0){
     10         //fork失败
     11         perror("fork");
     12     }else if(res == 0){
     13         //该进程为子进程
     14         printf("im child[%d],fasther is %d,tmp is %d.\n",getpid(),getppid(),tmp++);
     15     }else{
     16         //该进程为父进程
     17         printf("im father[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
     18     }
     19     printf("tmp = %d\n",tmp);
     20     return 0;
     21 }

--------------------

\#\#\#\#\#运行结果：  
im father\[3128\],tmp is 5.  
tmp = 6  
im child\[3129\],fasther is 1,tmp is 5.  
tmp = 6  
\#\#\#\#\#**相关问题小结：**  
\#\#\#\#\#通过结果很明显的能看出本次调用中，先执行父进程，对应pid为3128，在父进程中tmp++，所以输出为6；关键问题在于子进程，有两个关键点。  
\#\#\#\#\#\*\*①为什么结果中子进程父亲pid为1：\*\*通过输出我们能看出父进程先执行完成后才执行的子进程，也就是说当子进程执行时父进程已结束，此时该子进程相当于一个孤儿进程，被pid为1也就是Init进程所管理，所以子进程的ppid为1；  
\#\#\#\#\#**②为什么子进程最后输出tmp值还为6：** fork进程采用的是写时拷贝，父子进程一开始共享一片内存区域，但是只有有一方要对数据进行修改，则再开辟一块空间，防止相互修改影响。所以在上述代码中，虽说是一个tmp，其实内存中各自保留了一份值。

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\#\#\#\#\#**二、关于fork过程中写时拷贝：**  
![这里写图片描述][format_png]  
![这里写图片描述][format_png 1]  
\#\#\#\#\#这下就不难看出，父子进程数据段和代码段开始时是共享一块对应的内存，当一方尝试写入时，便产生了写时拷贝。\*\*需要注意的是：fork之前，父进程独立执行，fork之后，父子两个执行流分别执行，至于谁先执行，由调度器决定。\*\*可通过下面例子很明显的看出是从fork之后才分别执行。

1 #include <stdio.h>
      2 #include <unistd.h>
      3 
      4 
      5 int main()
      6 {
      7     int tmp = 5;
      8     printf("There is fork before\n");
      9     pid_t res = fork();
     10     if(res < 0){
     11         //fork失败
     12         perror("fork");
     13     }else if(res == 0){
     14         //该进程为子进程
     15         printf("im child[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
     16     }else{
     17         //该进程为父进程
     18         printf("im father[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
     19     }
     20     printf("tmp = %d\n",tmp);
     21     return 0;
     22 }
    ~

\#\#\#\#\#输出结果：  
\#\#\#\#\#There is fork before  
\#\#\#\#\#im father\[3625\],tmp is 5.  
\#\#\#\#\#tmp = 6  
\#\#\#\#\#im child\[3626\],tmp is 5.  
\#\#\#\#\#tmp = 6

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\#\#\#\#\#**三、fork调用失败的原因：**  
\#\#\#\#\#①系统中已经存在太多进程，无法再创建新的进程。可通过ulimit -a命令查看当前所有的资源限制。  
\#\#\#\#\#②内存不足，由于开辟每个新的进程都要分配一个PCB，并为新进程分配资源，内存都不足也就别提还想着再创建进程了。

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\#\#\#\#**vfork相关问题：**  
\#\#\#\#\#**一、vfork基础了解**  
\#\#\#\#\#<1>vfork创建新进程的主要目的在于用exec函数执行另外的程序，实际上，在没调用exec或\_exit之前\*\*子进程与父进程共享数据段。\*\*在vfork调用中，\*\*子进程先运行，父进程挂起，\*\*直到子进程调用exec或\_exit，在这以后，父子进程的执行顺序不再有限制。

> **头文件**：\#include < unistd.h >  
> **函数原型**：pid\_t vfork( )  
> \*\*返回值：\*\*返回值大于0则当前进程为父进程，等于0代表为子进程，小于零代表创建子进程失败。

--------------------

\#\#\#\#\#通过一个例子来了解：

1 #include <stdio.h>
      2 #include <unistd.h>
      3 
      4 int tmp = 3;
      5 
      6 int main()
      7 {
      8     pid_t res = vfork();
      9     if(res < 0){
     10         perror("vfork");
     11         _exit(1);
     12     }else if(res == 0){
     13         tmp = 10;
     14         printf("child res = %d\n",tmp);
     15         _exit(0);
     16     }else{
     17         printf("father res = %d\n",tmp);
     18     }
     19 
     20     return 0;
     21 }

\#\#\#\#\#**输出结果：**  
\#\#\#\#\#child res = 10  
\#\#\#\#\#father res = 10  
\#\#\#\#\#结果分析：正如上面所说的，子进程直接公用父进程的页表，改变子进程的数据也会影响到父进程。  
![这里写图片描述][format_png 2]

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\#\#\#\#\#**<2>vfork用处：**  
\#\#\#\#\#vfork()跟fork()类似，都是创建一个子进程，这两个函数的的返回值也具有相同的含义。但是vfork()创建的子进程基本上只能做一件事，那就是立即调用\_exit()函数或者exec函数族成员，调用任何其它函数（包括exit()）、修改任何数据（除了保存vfork()返回值的那个变量）、执行任何其它语句（包括return）都是不应该的。更需要注意的是：**调用vfork()之后，父进程会一直阻塞，直到子进程调用\_exit()终止，或者调用exec函数族成员。**

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\#\#\#\#\#**<3>为什么只能用\_exit退出：**  
\#\#\#\#\#exit()是对\_exit()的封装，它自己在调用\_exit()前会做很多清理工作，其中包括刷新并关闭当前进程使用的流缓冲（比如stdio.h里面的printf等），由于vfork()的子进程完全共享了父进程地址空间，子进程里面的流也是共享的父进程的流，所以子进程里面是不能做这些事的。直接return就更不行了，子进程return以后，会从当前函数的外部调用点后面继续执行，这后面子进程可能将会执行很多语句，结果就没法预料了。在man手册中也强调了这一点，必须使用\_exit退出。

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\#\#\#\#**总结对比：**  
\#\#\#\#\#一、父子进程调用先后顺序不同：fork()由调度决定，vfork先子进程，后父进程；  
\#\#\#\#\#二、对父进程页表的操作不同：fork()会复制父进程的页表，而vfork()不会复制，直接让子进程共用父进程的页表；

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