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    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

    以上就是本文的全部內容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持本站。

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