linux do_fork()源代码分析

//网上有很多分析do_fork()，但是将的都不详细。这个会比较详细。

do_fork()分析

从上文可得知， fork、vfork和clone三个系统调用所对应的系统调用服务例程均调用了do_fork()。只不过在调用时所传递的参数有所不同，而参数的不同正好导致了子进程与父进程之间对资源的共享程度不同。因此，分析do_fork()成为我们的首要任务。

在进入do_fork函数进行分析之前，很有必要了解一下它的参数。

clone_flags：该标志位的4个字节分为两部分。最低的一个字节为子进程结束时发送给父进程的信号代码，通常为SIGCHLD；剩余的三个字节则是各种clone标志的组合（本文所涉及的标志含义详见下表），也就是若干个标志之间的或运算。通过clone标志可以有选择的对父进程的资源进行复制；本文所涉及到的clone标志详见下表。





statck_start：子进程用户态堆栈的地址；

regs：指向pt_regs结构体的指针。当系统发生系统调用，即用户进程从用户态切换到内核态时，该结构体保存通用寄存器中的值，并被存放于内核态的堆栈中；

stack_size：未被使用，通常被赋值为0；

parent_tidptr：父进程在用户态下pid的地址，该参数在CLONE_PARENT_SETTID标志被设定时有意义；

child_tidptr：子进程在用户太下pid的地址，该参数在CLONE_CHILD_SETTID标志被设定时有意义；

do_fork函数的主要作用就是复制原来的进程成为另一个新的进程，它完成了整个进程创建中的大部分工作。

1． 在一开始，该函数定义了一个task_struct类型的指针p，用来接收即将为新进程（子进程）所分配的进程描述符。紧接着使用alloc_pidmap函数为这个新进程分配一个pid。由于系统内的pid是循环使用的，所以采用位图方式来管理。简单的说，就是用每一位（bit）来标示该位所对应的pid是否被使用。分配完毕后，判断pid是否分配成功。

01	long do_fork(unsigned long clone_flags,

02	unsigned long stack_start,

03	struct pt_regs *regs,

04	unsigned long stack_size,

05	int __user *parent_tidptr,

06	int __user *child_tidptr)

07

{

08	struct task_struct *p;

09	int trace = 0;

10	long pid = alloc_pidmap();

11

12	if (pid < 0)

13	return -EAGAIN;

2． 接下来检查当前进程（父进程）的ptrace字段。ptrace是用来标示一个进程是否被另外一个进程所跟踪。所谓跟踪，最常见的例子就是处于调试状态下的进程被debugger进程所跟踪。父进程的ptrace字段非0时说明debugger程序正在跟踪父进程，那么接下来通过fork_traceflag函数来检测子进程是否也要被跟踪。如果trace为1，那么就将跟踪标志CLONE_PTRACE加入标志变量clone_flags中。

通常上述的跟踪情况是很少发生的，因此在判断父进程的ptrace字段时使用了unlikely修饰符。使用该修饰符的判断语句执行结果与普通判断语句相同，只不过在执行效率上有所不同。正如该单词的含义所表示的那样，current->ptrace很少为非0。因此，编译器尽量不会把if内的语句与当前语句之前的代码编译在一起，以增加cache的命中率。与此相反，likely修饰符则表示所修饰的代码很可能发生。

1	if (unlikely(current->ptrace)) {

2	trace = fork_traceflag (clone_flags);

3	if (trace)

4	clone_flags |= CLONE_PTRACE;

5

}

3． 接下来的这条语句要做的是整个创建过程中最核心的工作：通过copy_process()创建子进程的描述符，并创建子进程执行时所需的其他数据结构，最终则会返回这个创建好的进程描述符。该函数中的参数意义与do_fork函数相同，此函数的详细执行过程在本文的下一节有详细说明。

1	p = copy_process(clone_flags, stack_start, regs, stack_size, parent_tidptr, child_tidptr, pid);

4． 如果copy_process函数执行成功，那么将继续下面的代码。

首先定义了一个完成量vfork，如果clone_flags包含CLONE_VFORK标志，那么将进程描述符中的vfork_done字段指向这个完成量，之后再对vfork完成量进行初始化。

完成量的作用是，直到任务A发出信号通知任务B发生了某个特定事件时，任务B才会开始执行；否则任务B一直等待。我们知道，如果使用vfork系统调用来创建子进程，那么必然是子进程先执行。究其原因就是此处vfork完成量所起到的作用：当子进程调用exec函数或退出时就向父进程发出信号。此时，父进程才会被唤醒；否则一直等待。此处的代码只是对完成量进行初始化，具体的阻塞语句则在后面的代码中有所体现。

1	if (!IS_ERR(p)) {

2	struct completion vfork;

3

4	if (clone_flags & CLONE_VFORK) {

5	p->vfork_done = &vfork;

6	init_completion(&vfork);

7

}

5． 如果子进程被跟踪或者设置了CLONE_STOPPED标志，那么通过sigaddset函数为子进程增加挂起信号。signal对应一个unsigned long类型的变量，该变量的每个位分别对应一种信号。具体的操作是，将SIGSTOP信号所对应的那一位置1。

1	if ((p->ptrace & PT_PTRACED) || (clone_flags & CLONE_STOPPED)) {

2	sigaddset(&p->pending. signal , SIGSTOP);

3	set_tsk_thread_flag(p, TIF_SIGPENDING);

4

}

6． 如果子进程并未设置CLONE_STOPPED标志，那么通过wake_up_new_task函数使得父子进程之一优先运行；否则，将子进程的状态设置为TASK_STOPPED。

1	if (!(clone_flags & CLONE_STOPPED))

2	wake_up_new_task(p, clone_flags);

3

else

4	p->state = TASK_STOPPED;

7． 如果父进程被跟踪，则将子进程的pid赋值给父进程的进程描述符的pstrace_message字段。再通过ptrace_notify函数使得当前进程定制，并向父进程的父进程发送SIGCHLD信号。

1	if (unlikely (trace)) {

2	current->ptrace_message = pid;

3	ptrace_notify ((trace << 8) | SIGTRAP);

4

}

8． 如果CLONE_VFORK标志被设置，则通过wait操作将父进程阻塞，直至子进程调用exec函数或者退出。

1	if (clone_flags & CLONE_VFORK) {

2	wait_for_completion(&vfork);

3	if (unlikely (current->ptrace & PT_TRACE_VFORK_DONE))

4	ptrace_notify ((PTRACE_EVENT_VFORK_DONE << 8) | SIGTRAP);

5

}

9． 如果copy_process()在执行的时候发生错误，则先释放已分配的pid；再根据PTR_ERR()的返回值得到错误代码，保存于pid中。

1

} else {

2	free_pidmap(pid);

3	pid = PTR_ERR(p);

4

}

10． 返回pid。这也就是为什么使用fork系统调用时父进程会返回子进程pid的原因。至于为什么子进程会返回0则在copy_process()中有所体现。

以上便是do_fork函数的大致执行过程。至于子进程的进程描述符如何创建，就得分析copy_process函数了。这是下篇文章要完成的工作。