fork与vfork函数

一、fork函数

pid_t fork(void);            返回值：子进程中返回0，父进程中返回子进程ID，出错返回-1。

一个现有进程可以调用fork创建一个新进程。

子进程是父进程的副本。例如：子进程获得父进程数据空间、堆和栈的副本（主要是数据结构的副本）。父子进程不共享这些存储空间部分。父子进程共享正文段。 由于fork之后经常归属exec，所以现在很多实现并不执行一个父进程数据段、栈和堆的完全复制。作为替代，使用了写时复制(Copy-On-Write)技术。这些区域由父子进程共享，而且内核将他们的访问权限改变为只读的。如果父子进程中的任一个试图修改这些区域，则内核只为修改区域的那块内存制作一个副本。

演示fork函数：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int glob = 6;
char buf[] = "a write to stdout\n";

int main()
{
int var;
pid_t pid;

var = 88;
if(write(STDOUT_FILENO, buf, sizeof(buf)-1) != sizeof(buf)-1)
perror("write error");
printf("before fork\n");

pid = fork();
if(pid < 0)
{
perror("fork error");
}
else if(pid == 0) //child
{
glob++;
var++;
}
else //parent
{
sleep(2);
}

printf("pid = %d, glob = %d, var = %d\n", getpid(), glob, var);
return 0;
}

执行结果：



由执行结果可以看出，子进程对变量所作的改变并不影响父进程中该变量的值。

一般来说fork之后父进程和子进程的执行顺序是不确定的，这取决于内核的调度算法。在上面的程序中，父进程是自己休眠2秒钟，以使子进程先执行。程序中fork与I/O函数之间的关系：write是不带缓冲的，因为在fork之前调用write，所以其数据只写到标准输出一次。标准I/O是缓冲的，如果标准输出到终端设备，则它是行缓冲，否则它是全缓冲。当以交互方式运行该程序时，只得到printf输出的行一次，因为标准输出到终端缓冲区由换行符冲洗。但将标准输出重定向到一个⽂文件时，由于缓冲区是全缓冲，遇到换行符不输出，当调用fork时，其printf的数据仍然在缓冲区中，该数据将被复制到子进程中，该缓冲区也被复制到子进程中。于是父子进程的都有了带改行内容的标准
I/O缓冲区，所以每个进程终止时，会冲洗其缓冲区中的数据，得到第一个printf输出两次。

fork的一个特性是父进程的所有打开文件描述符都被复制到子进程中。父子进程的每个相同的打开描述符共享一个文件表项。假设一个进程有三个不同的打开文件，在从fork返回时，有如下所示结构:



在fork之后处理的文件描述符有两种常见的情况：

1. 父进程等待子进程完成。在这种情况下，父进程无需对其描述符做任何处理。当子进程终止后，子进程对文件偏移量的修改已执行的更新。

2. 父子进程各自执行不同的程序段。这种情况下，在fork之后，父子进程各自关闭他们不需要使用的文件描述符，这样就不会干扰对方使用文件描述符。这种方法在网络服务进程中经常使用。

父子进程之间的区别：

1. fork的返回值

2. 进程ID不同

3. 具有不同的父进程ID

4. 子进程的tms_utime、tms_stime、tms_cutime及tms_ustime均被设置为0

5. 父进程设置的文件锁不会被子进程继承

6. 子进程的未处理闹钟被清除

7. 子进程的未处理信号集被设置为空集

fork有下面两种用法：

1. 一个父进程希望复制自己，使父子进程同时执行不同的代码段。例如，父进程等待客户端请求，生成子进程来处理请求。

2. 一个进程要执行一个不同的程序。例如子进程从fork返回后，调用exec函数。

fork调用失败的原因：

1. 系统中已经有了太多的进程

2. 实际用户ID的进程总数超过了系统限制

二、vfork函数

vfork函数的调用序列和返回值与fork相同。但两者的语义不同。

vfork用于创建一个新进程，而该新进程的目的是exec一个新程序。vfork与fork都创建一 个子进程，但它不将父进程的地址空间复制到子进程中，因为子进程会立即调用 exec，于是不会存访问该地址空间。相反，在子进程调用exec或exit之前，它在父进程的空间中运行，也就是说会更改父进程的数据段、栈和堆。vfork和fork另一区别在于 ：vfork保证子进程先运行，在它调用exec或（exit）之后父进程才可能被调度运行。

演示vfork函数：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>

int g_val = 0;

void fun()
{
printf("child exit\n");
}

int main()
{
int val = 0;
pid_t id = vfork();
if(id < 0)
{
exit(1);
}
else if(id == 0) //child
{
atexit(fun);
printf("this is child process.\n");
++g_val;
++val;
sleep(3);
exit(0);
}
else
{
printf("this is father process\n");
printf("father exit, g_val = %d, val = %d\n", g_val, val);
}
return 0;
}

执行结果：



由执行结果可以看出，子进程直接改变了父进程的变量值，因为子进程在父进程的地址空间中运行。