fork系统调用

进程的创建(fork)

fork:创建一个新进程(child),几近于对调用进程(parent)的翻版


#include<unistd.h>

pid_t fork(void)

当完成对fork的调用之后,将会存在两个进程,即一个子进程一个父进程,每个进程都会从fork()的返回处继续执行

  • 进程间地址空间的关系

    父进程与子进程将执行相同的程序文本段,但却拥有不同的栈段,数据段,以及堆段拷贝 (采用写时复制技术时另说)

    子进程的栈、数据以及栈段开始时是对父进程内存相应各部分的完全复制

    执行fork时,每个进程均可以独立的修改各自的栈数据以及堆段中的变量,进程之间互不影响

  • 返回值

    父进程的返回值子进程的pid,子进程的返回值是0,通常采用如下的代码来区分父进程与子进程

    
    pid_t childPid;
    
    
    
    switch(childPid = fork()){
    
    case -1:  (fork() 失败)
    
    //错误处理
    
    //...
    
    case 0: (子进程返回)
    
    //子进程动作
    
    //...
    
    default:    (父进程返回)
    
    //父进程动作
    
    //...
    
    }
    
    

    失败时会返回-1

  • 进程调度

    当使用fork之后,父子进程的调度顺序是无法确定的,可以采取某些同步技术使得父子进程以特定顺序执行

    • 使用同步信号

      调用fork之后,如果进程甲需要等待进程乙完成某一项工作,那么进程乙可以在动作完成之后向进程甲发送信号,而家只需要在接收到信号之前保持等待(wait)即可

  • 父子进程之间的文件共享

    执行fork时,子进程会获得父进程所有文件描述符的副本,那么,父子进程对应的描述符就会指向相同的打开文件句柄(open file description)

    由于打开文件句柄中包含着文件的各种属性,包括文件偏移量,状态标志,访问模式等,那么这些属性将会在父子进程之间共享

    如果想规避这种特性,就需要注意以下两点:

    • 令父子进程使用不同的文件描述符

    • 各自立即关闭不再使用的文件描述符

    image-20211111154012818.png
  • fork的内存语义

    早期的UNIX实现中,父进程会将内存拷贝至交换空间,以此创建新的内存映像,然后将该映像置为子进程,但是这样有一个缺点:太浪费空间,特别是在fork之后立即使用exec()的情况,因为使用exec()会对子进程的地址空间进行重新初始化,相当于白复制了

    UNIX实现采用两种技术来避免这种浪费

    • 代码段

      系统在调用fork()为子进程创建代码段时,其所构建的一系列进程级的页表项,即页表条目,均指向与父进程相同的物理内存页帧

    • 数据段、堆栈段

      内核采用写时复制(copy-on-write)技术,刚调用fork时,子进程的页表项与父进程指向相同的物理页帧,当需要对父进程或子进程的页面进行修改时,内核就会为这些修改的页面创建拷贝,值得注意的是,这些拷贝都是给子进程使用的,父进程永远使用原来的物理页帧

      image-20211111155342085.png

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