用户态进程/线程的创建 fork/vfork/pthread_create

谁借莪１个温暖的怀抱￠ 2022-10-07 11:51 216阅读 0赞

## fork ##

fork 函数创建子进程成功后，父进程返回子进程的 pid，子进程返回0。具体描述如下：

*  fork返回值为-1， 代表创建子进程失败
 *  fork返回值为0，代表子进程创建成功，这个分支是子进程的运行逻辑
 *  fork返回值大于0，这个分支是父进程的运行逻辑，并且返回值等于子进程的 pid

我们看下通过 fork 系统调用来创建子进程的例子:

#include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
     
    int main()
    {
       pid_t pid = fork();
     
       if(pid == -1){
           printf("create child process failed!\n");
           return -1;
       }else if(pid == 0){
           printf("This is child process!\n");
       }else{
           printf("This is parent process!\n");
           printf("parent process pid = %d\n",getpid());
           printf("child process pid = %d\n",pid);
       }
     
       getchar();
     
       return 0;
    }

运行结果：

$ ./a.out
    This is parent process!
    parent process pid = 25483
    child process pid = 25484
    This is child process!

从上面的运行结果来看，子进程的pid=25484， 父进程的pid=25483。

在前面介绍内存缺页异常的时候，提到写时复制 COW 是一种推迟或者避免复制数据的技术，主要用在 fork 系统调用里，当执行 fork 创建新子进程时，内核不需要复制父进程的整个进程地址空间给子进程，而是让父进程和子进程共享同一个副本，只有写入时，数据才会被复制。我们用一个简单里的例子描述下：

#include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    
    int peter = 10;
    
    int main()
    {
      pid_t pid = fork();
    
      if(pid == -1){
          printf("create child process failed!\n");
          return -1;
      }else if(pid == 0){
          printf("This is child process, peter = %d!\n", peter);
          peter = 100;
          printf("After child process modify peter = %d\n", peter);
      }else{
          printf("This is parent process = %d!\n", peter);
      }
    
      getchar();
    
      return 0;
    }

执行结果：

$ ./a.out
    This is parent process = 10!
    This is child process, peter = 10!
    After child process modify peter = 100

从运行结果可以看到，不论子进程如何去修改 peter 的值，父进程永远看到的是自己的那一份。

![82eba224fd40cb17e2639f0368990e09.png][]

## vfork ##

接下来看下使用 vfork 来创建子进程:

#include <stdlib.h>
    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    
    int peter = 10;
    
    int main()
    {
      pid_t pid = vfork();
    
      if(pid == -1){
          printf("create child process failed!\n");
          return -1;
      }else if(pid == 0){
          printf("This is child process, peter = %d!\n", peter);
          peter = 100;
          printf("After child process modify peter = %d\n", peter);
          exit(0);
      }else{
          printf("This is parent process = %d!\n", peter);
      }
    
      getchar();
    
      return 0;
    }

运行结果：

$ ./a.out
    This is child process, peter = 10!
    After child process modify peter = 100
    This is parent process = 100!

从运行结果中可以看出，当子进程修改了 peter=100 之后，父进程中打印 peter 的值也是100。

![304f133dfae1d9fec0a2b91f230f7531.png][]

## pthread\_create ##

现在我们知道了创建进程有两种方式：fork，vfork。那么创建线程呢？

线程的创建接口是用 pthread\_create:

#include <pthread.h>
    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/syscall.h>
    
    int peter = 10;
    
    static pid_t gettid(void)
    {
     return syscall(SYS_gettid);
    }
    
    static void* thread_call(void* arg)
    {
     peter = 100;
     printf("create thread success!\n");
     printf("thread_call pid = %d, tid = %d, peter = %d\n", getpid(), gettid(), peter);
     return NULL;
    }
    
    int main()
    {
     int ret;
     pthread_t thread;
    
     ret = pthread_create(&thread, NULL, thread_call, NULL);
     if(ret == -1)
         printf("create thread faild!\n");
    
     ret = pthread_join(thread, NULL);
     if(ret == -1)
         printf("pthread join failed!\n");
    
     printf("process pid = %d, tid = %d, peter = %d\n", getpid(), gettid(), peter);
    
     return ret;
    }

运行结果：

$ ./a.out
    create thread success!
    thread_call pid = 9719, tid = 9720, peter = 100
    process pid = 9719, tid = 9719, peter = 100

从上面的结果可以看出：进程和线程的 pid 都是相同的。当线程修改了 peter = 100 之后，父进程中打印 peter 的值也是100。

![981799360cd39c18bc7fcf98f5b39f72.png][]

## 进程线程创建总图 ##

上面介绍了用户态创建进程和线程的方式，以及各个方式的特点。关于其底层的实现本质，我们后面会详细讲解。这里先提供一下三者之间的关系，可见三者最终都会调用 do\_fork 实现。

![6f06cb97aee49d8adb094ff3c6c016a5.png][]

但是内核态没有进程线程的概念，内核中只认 task\_struct 结构，只要是 task\_struct 结构就可以参与调度。关于内核态的任务创建，我们下文见。

![虚线阴影分割线][ef12a05289c1c4500ce64eb1b68de0c4.png]

![6c2a7259f80aaba79db70bb7d37b2803.png][]

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[6c2a7259f80aaba79db70bb7d37b2803.png]: /images/20221005/7933682559264af9ad3105b73adf8aa2.png
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