linux进程学习-创建新进程

init进程将系统启动后，init将成为此后所有进程的祖先，此后的进程都是直接或间接从init进程“复制”而来。完成该“复制”功能的函数有fork()和clone()等。

 

一个进程（父进程）调用fork()函数后将会把自己复制一份，而这个被复制出来的新进程称为子进程，就这么简单地完成了新进程的创建。fork函数几乎完整地复制了父进程，除了几个特殊的方面外（至少pid不一样吧，具体的查看这里有一个完整的列表）

fork函数原型：pid_t fork(void);

其包含在 unistd.h 头文件中，其中pid_t是表示“type of process id”的32位整数, 至于函数的返回值，取决于在哪个进程中来检测该值，如果是在新创建的进程中，其为0；如果是在父进程中（创建新进程的进程），其为新创建的进程的id; 如果创建失败，则返回负值。

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>




int main ()

{

     printf("app start...\n");

     

     pid_t id = fork();

     

     if (id<0) {

         printf("error\n");

     }else if (id==0) {

         printf("hi, i'm in new process, my id is %d \n", getpid());

     }else {

         printf("hi, i'm in old process, the return value is %d\n", id);

     }

     

     return 0;

 }

（上面使用了getpid函数，其返回当前进程的pid。）

程序输出为：

 app start...

 hi, i'm in old process, the return value is 5429

 hi, i'm in new process, my id is 5429

 

新进程被创建后将被放入“可执行队列”而进入“TASK_RUNNING”状态，并从父进程当前位置独立地运行。看下面的DEMO：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

 

int main ()

{

     printf("app start...\n");

     

     int counter = 0;

     

     fork();

     

     counter++;

     

     printf("the counter value %d\n", counter);

     

     return 0;

 }

输出为：

app start...

the counter value 1

the counter value 1

画个图就很能容易解释了：

 

新进程得到的是父进程的副本，所以，父子进程counter变量不会相互影响

 

fork函数将复制父进程的地址空间给子进程，但为了提高效率，复制过程并不会真正的进行物理内存的完整复制，而是采用“写拷贝（copy-on-write）”技术让父子进程尽可能地长久地共享该物理内存，仅仅是复制内存页入口地址并标记写拷贝对应的页面，当修改真正发生时才真正复制。

 

再来一个demo：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

 

int main ()

{

     printf("app start...");

     

     fork();

     

     return 0;

 }

输出为：

app start...app start...

好奇怪是吧？情况是这样的：

当你调用printf时，字符串被写入stdout缓冲区（还没刷到屏幕上），然后fork，子进程复制了父进程的缓冲区，所以子进程的stdout缓冲区中也包含了“app start ...”这个字符串，然后父子进程各自运行，当他们遇到return语句时，缓冲器会被强制刷新，然后就分别将“app start...”刷到了屏幕上。如果想避免，在fork前，调用fflush强制刷新下缓冲区就可以了，在字符串后面加上“\n”也可以，因为stdout是按行缓冲的。更多的，参考我的一篇博文。

 

与fork()函数非常类似的还有一个交vfork()的函数，它需要一点exec的知识，可以先阅读完“运行新程序”后再回头来看。

我们知道，调用fork函数后，新进程会复制父进程的内存空间并继续运行，也就是说子进程仍然运行着和父进程相同的程序代码，在大多数情况下这并非我们的本意，我们一般会fork一个新的进程，然后调用exec族函数（族函数表示由几个功能类似的函数组成的一组函数）来运行新的程序，exec族函数会用新的进程映像重写原复制过来的内存空间，比如用新程序的代码去覆盖原来代码段的内容等。很明显，fork时的复制工作白干了。所以，在这种情形下（fork后立即exec），一个聪明的做法是，fork时不复制父进程的内存空间而是共享（占用）父进程的内存空间以暂时在父进程的内存空间内运行（类似于线程），等到调用exec族函数后便拥有了自己的内存空间，然后脱离父进程独立运行，而这正是vfork所做的事情，也是vfork和fork的主要区别。

在调用exec前，由于子进程共享了父进程的内存空间，如果子进程篡改父进程数据结果将不可预期，而这是不允许的，同时，父进程会等待子进程调用exec函数后（或子进程调用_exit()退出，比如exec失败时）才继续运行。如果不按此约定编写代码则可能会引起死锁或其它不可。预期的情况。

 

还有一个相对较复杂的方法来创建新进程：clone()。我们知道fork()创建的进程和父进程是独立的，两者之间没有干扰，并且需要专门的“进程间通讯（IPC）”机制来进行沟通。其实，在某些情况之下我们并不希望父子进程之间显得那么独立，因为那可能带来更多的通讯成本和资源复制带来的浪费。clone()这个系统调用便允许我们选择性地继承（共享）父进程资源，比如我们共享父进程的内存空间的话，那么创造出来的新进程实际上就是一个线程了。

 

clone 函数：

int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg, ... );

第1个参数是一个函数指针，表示新进程要做的工作。

第2个参数指向新进程所需的堆栈空间。

第3个参数，指示子进程如何与父进程共享资源，可选项很多，请参考这里。但一些常用的如下所示：

Ÿ CLONE_SIGHAND   子进程与父进程共享相同的信号处理（signal handler）表。

Ÿ CLONE_VM        子进程与父进程运行于相同的内存空间。

Ÿ CLONE_FILES      子进程与父进程共享相同的文件描述符（file descriptor）表

Ÿ CLONE_FS         子进程与父进程共享相同的文件系统，包括root、当前目录、umask。

Ÿ CLONE_PARENT    创建的子进程的父进程是调用者的父进程，新进程与创建它的进程成了“兄弟”而不是“父子”

另外，为了更好的理解fork()和clone()的关系：

fork的实现：

     do_fork(CLONE_SIGCHLD,...)

clone的实现：

     do_fork(CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGCHLD,...)