【Linux】fork()、vfork()、clone()和exec()的区别 & 写时复制（转载）

总结

　　前三个和最后一个是两个类型。前三个主要是Linux用来创建新的进程（线程）而设计的，exec()系列函数则是用来用指定的程序替换当前进程的所有内容。所以exec()系列函数经常在前三个函数使用之后调用，来创建一个全新的程序运行环境。Linux用init进程启动其他进程的过程一般都是这样的。

下面说fork、vfork和clone三个函数。这三个函数分别调用了sys_fork、sys_vfork、sys_clone，最终都调用了do_fork函数，差别在于参数的传递和一些基本的准备工作不同。可见这三者最终达到的最本质的目的都是创建一个新的进程。在这里需要明确一下，Linux内核中没有独立的“线程”结构，Linux的线程就是轻量级进程，换言之基本控制结构和Linux的进程是一样的（都是通过struct task_struct管理）。
fork是最简单的调用，不需要任何参数，仅仅是在创建一个子进程并为其创建一个独立于父进程的空间。fork使用COW（写时拷贝）机制，并且COW了父进程的栈空间。
vfork是一个过时的应用，vfork也是创建一个子进程，但是子进程共享父进程的空间。在vfork创建子进程之后，父进程阻塞，直到子进程执行了exec()或者exit()。子进程修改父地址空间的任何页面，那么这些修改过的页面对于恢复的父进程是可见的。vfork最初是因为fork没有实现COW机制，而很多情况下fork之后会紧接着exec，而exec的执行相当于之前fork复制的空间全部变成了无用功，所以设计了vfork。而现在fork使用了COW机制，唯一的代价仅仅是复制父进程页表的代价，所以vfork不应该出现在新的代码之中。在Linux的manpage中队vfork有这样一段话：It is rather unfortunate that Linux revived this specter from the past. The BSD man page states: "This system call will be eliminated when proper system sharing mechanisms are implemented. Users should not depend on the memory sharing semantics of vfork() as it will, in that case, be made synonymous to fork(2)."
clone是Linux为创建线程设计的（虽然也可以用clone创建进程）。所以可以说clone是fork的升级版本，不仅可以创建进程或者线程，还可以指定创建新的命名空间（namespace）、有选择的继承父进程的内存、甚至可以将创建出来的进程变成父进程的兄弟进程等等。clone和fork的调用方式也很不相同，clone调用需要传入一个函数，该函数在子进程中执行。此外，clone和fork最大不同在于clone不再复制父进程的栈空间，而是自己创建一个新的。

https://www.cnblogs.com/noble/p/4144247.html

补充

vfork() is an obsolete optimization. Before good memory management, fork() made a full copy of the parent's memory, so it was pretty expensive. since in many cases a fork() was followed by exec(), which discards the current memory map and creates a new one, it was a needless expense. Nowadays, fork() doesn't copy the memory; it's simply set as "copy on write", so fork()+exec() is just as efficient as vfork()+exec().

clone() is the syscall used by fork(). with some parameters, it creates a new process, with others, it creates a thread. the difference between them is just which data structures (memory space, processor state, stack, PID, open files, etc) are shared or not.

https://stackoverflow.com/questions/4856255/the-difference-between-fork-vfork-exec-and-clone?r=SearchResults

vfork() is an obsolete optimization. Before good memory management, fork() made a full copy of the parent's memory, so it was pretty expensive. since in many cases a fork() was followed by exec(), which discards the current memory map and creates a new one, it was a needless expense. Nowadays, fork() doesn't copy the memory; it's simply set as "copy on write", so fork()+exec() is just as efficient as vfork()+exec().
clone() is the syscall used by fork(). with some parameters, it creates a new process, with others, it creates a thread. the difference between them is just which data structures (memory space, processor state, stack, PID, open files, etc) are shared or not.

COW（写时拷贝）

在linux程序中，fork()会产生一个和父进程完全相同的子进程，但子进程在此后多会exec系统调用，出于效率考虑，linux中引入了“写时复制”技术，也就是只有进程空间的各段的内容要发生变化时，才将父进程的内容复制一份给子进程。

那么子进程的物理空间没有代码，怎么去取指令执行exec系统调用呢？？

在fork之后exec之前两个进程用的是相同的物理空间(内存区)，子进程的代码段、数据段、堆栈都是指向父进程的物理空间，也就是说，两者的虚拟空间不同，其对应的物理空间是一个。当父子进程中有更改相应段的行为发生时，再为子进程相应的段分配物理空间。如果不是因为exec，内核会给子进程的数据段、堆栈段分配相应的物理空间(至此两者都有各自的进程空间，互不影响)，而代码段继续共享父进程的物理空间(两者的代码完全相同)。而如果是因为exec，由于两者执行的代码不同，子进程的代码段也会分配单独的物理空间。

在网上看到的还有个细节问题是：fork之后内核会将子进程排在队列的前面，以让子进程先执行，以免父进程执行导致写时复制，而后子进程执行exec系统调用，因无意义的复制而造成效率的下降。

Copy On Write技术实现原理：

fork()之后，kernel把父进程中所有的内存页的权限都设为read-only，然后子进程的虚拟地址指向父进程虚拟地址对应的物理空间。当父子进程都只读内存时，相安无事。当其中某个进程写内存时，CPU硬件检测到内存页是read-only的，于是触发页异常中断（page-fault），陷入kernel的一个中断例程。中断例程中，kernel就会把触发的异常的页复制一份，于是父子进程各自持有独立的一份。

https://juejin.cn/post/6844903702373859335