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    3. 新聞動態

      淺談Linux vfork與fork簡單對比分析

      發布日期:2022-04-22 12:43 | 文章來源:源碼中國

      本文分享了Linux vfork與fork簡單對比分析,分享給大家,具體如下:

      fork相關問題:

      一、fork基礎了解

      fork作用為創建一個子進程,在使用了fork命令后,內核會分配新的內存塊和數據結構給子進程,并且將父進程的部分數據結構內容拷貝到子進程,最后再將子進程添加到系統進程列表中,添加完成后fork返回,開始調度。

      頭文件:#include < unistd.h >

      函數原型:pid_t fork( )

      返回值:返回值大于0則當前進程為父進程,等于0代表為子進程,小于零代表創建子進程失敗。

      通過一個例子來了解:

        #include <stdio.h>
        #include <unistd.h>
        
          
        int main()
        {
          int tmp = 5;
          pid_t res = fork();
          if(res < 0){
           //fork失敗
           perror("fork");
         }else if(res == 0){
           //該進程為子進程
           printf("im child[%d],fasther is %d,tmp is %d.\n",getpid(),getppid(),tmp++);
         }else{
           //該進程為父進程
           printf("im father[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
         }
         printf("tmp = %d\n",tmp);
         return 0;
       }     

      運行結果:

      im father[3128],tmp is 5.
      tmp = 6
      im child[3129],fasther is 1,tmp is 5.
      tmp = 6

      相關問題小結:

      通過結果很明顯的能看出本次調用中,先執行父進程,對應pid為3128,在父進程中tmp++,所以輸出為6;關鍵問題在于子進程,有兩個關鍵點。

      ①為什么結果中子進程父親pid為1:通過輸出我們能看出父進程先執行完成后才執行的子進程,也就是說當子進程執行時父進程已結束,此時該子進程相當于一個孤兒進程,被pid為1也就是Init進程所管理,所以子進程的ppid為1;

      ②為什么子進程最后輸出tmp值還為6: fork進程采用的是寫時拷貝,父子進程一開始共享一片內存區域,但是只有有一方要對數據進行修改,則再開辟一塊空間,防止相互修改影響。所以在上述代碼中,雖說是一個tmp,其實內存中各自保留了一份值。

      二、關于fork過程中寫時拷貝:


      這下就不難看出,父子進程數據段和代碼段開始時是共享一塊對應的內存,當一方嘗試寫入時,便產生了寫時拷貝。需要注意的是:fork之前,父進程獨立執行,fork之后,父子兩個執行流分別執行,至于誰先執行,由調度器決定??赏ㄟ^下面例子很明顯的看出是從fork之后才分別執行。

        #include <stdio.h>
        #include <unistd.h>
        
        
        int main()
        {
          int tmp = 5;
          printf("There is fork before\n");
          pid_t res = fork();
         if(res < 0){
           //fork失敗
           perror("fork");
         }else if(res == 0){
           //該進程為子進程
           printf("im child[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
         }else{
           //該進程為父進程
           printf("im father[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
         }
         printf("tmp = %d\n",tmp);
         return 0;
       }
      

      輸出結果:

      There is fork before

      im father[3625],tmp is 5.

      tmp = 6

      im child[3626],tmp is 5.

      tmp = 6

      三、fork調用失敗的原因:

      ①系統中已經存在太多進程,無法再創建新的進程??赏ㄟ^ulimit -a命令查看當前所有的資源限制。

      ②內存不足,由于開辟每個新的進程都要分配一個PCB,并為新進程分配資源,內存都不足也就別提還想著再創建進程了。

      vfork相關問題:

      一、vfork基礎了解

      <1>vfork創建新進程的主要目的在于用exec函數執行另外的程序,實際上,在沒調用exec或_exit之前子進程與父進程共享數據段。在vfork調用中,子進程先運行,父進程掛起,直到子進程調用exec或_exit,在這以后,父子進程的執行順序不再有限制。

      頭文件:#include < unistd.h >

      函數原型:pid_t vfork( )

      返回值:返回值大于0則當前進程為父進程,等于0代表為子進程,小于零代表創建子進程失敗。

      通過一個例子來了解:

       #include <stdio.h>
        #include <unistd.h>
        
        int tmp = 3;
        
        int main()
        {
          pid_t res = vfork();
          if(res < 0){
           perror("vfork");
           _exit();
         }else if(res == 0){
          tmp = 10;
       printf("child res = %d\n",tmp);
           _exit(0);
         }else{
           printf("father res = %d\n",tmp);
         }
       
         return 0;
       }
      

      輸出結果:

      child res = 10

      father res = 10

      結果分析:正如上面所說的,子進程直接公用父進程的頁表,改變子進程的數據也會影響到父進程。

      <2>vfork用處:

      vfork()跟fork()類似,都是創建一個子進程,這兩個函數的的返回值也具有相同的含義。但是vfork()創建的子進程基本上只能做一件事,那就是立即調用_exit()函數或者exec函數族成員,調用任何其它函數(包括exit())、修改任何數據(除了保存vfork()返回值的那個變量)、執行任何其它語句(包括return)都是不應該的。更需要注意的是:調用vfork()之后,父進程會一直阻塞,直到子進程調用_exit()終止,或者調用exec函數族成員。

      <3>為什么只能用_exit退出:

      exit()是對_exit()的封裝,它自己在調用_exit()前會做很多清理工作,其中包括刷新并關閉當前進程使用的流緩沖(比如stdio.h里面的printf等),由于vfork()的子進程完全共享了父進程地址空間,子進程里面的流也是共享的父進程的流,所以子進程里面是不能做這些事的。直接return就更不行了,子進程return以后,會從當前函數的外部調用點后面繼續執行,這后面子進程可能將會執行很多語句,結果就沒法預料了。在man手冊中也強調了這一點,必須使用_exit退出。

      fork與vfork的區別

      1.vfork保證子進程先運行,在它調用exec或exit之后父進程才可能被調度運行。如果在調用這兩個函數之前子進程依賴于父進程的進一步動作,則會導致死鎖。

      2.fork要拷貝父進程的進程環境;而vfork則不需要完全拷貝父進程的進程環境,在子進程沒有調用exec和exit之前,子進程與父進程共享進程環境,相當于線程的概念,此時父進程阻塞等待。

      為什么會有vfork呢?

      因為以前的fork當它創建一個子進程時,將會創建一個新的地址空間,并且拷貝父進程的資源,然后將會有兩種行為:

      1.執行從父進程那里拷貝過來的代碼段

      2.調用一個exec執行一個新的代碼段

      當進程調用exec函數時,一個新程序替換了當前進程的正文,數據,堆和棧段。這樣,前面的拷貝工作就是白費力氣了,這種情況下,聰明的人就想出了vfork。vfork并不復制父進程的進程環境,子進程在父進程的地址空間中運行,所以子進程不能進行寫操作,并且在兒子“霸占”著老子的房子時候,要委屈老子一下了,讓他在外面歇著(阻塞),一旦兒子執行了exec或者exit后,相當于兒子買了自己的房子了,這時候就相當于分家了。

      因此,如果創建子進程是為了調用exec執行一個新的程序的時候,就應該使用vfork

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