fork，exec，vfork和线程池

Posted 2021-10-08 仇实

1、fork
一个程序一调用fork函数，系统就为一个新的进程准备了前述三个段，首先，系统让新的进程与旧的进程使用同一个代码段，因为它们的程序还是相同的，对于数据段和堆栈段，系统则复制一份给新的进程，这样，父进程的所有数据都可以留给子进程，但是，子进程一旦开始运行，虽然它继承了父进程的一切数据，但实际上数据却已经分开，相互之间不再有影响了，也就是说，它们之间不再共享任何数据了。而如果两个进程要共享什么数据的话，就要使用另一套函数（shmget，shmat，shmdt等）来操作。现在，已经是两个进程了，对于父进程，fork函数返回了子程序的进程号，而对于子程序，fork函数则返回零，这样，对于程序，只要判断fork函数的返回值，就知道自己是处于父进程还是子进程中。

事实上，目前大多数的unix系统在实现上并没有作真正的copy。一般的，CPU都是以“页”为单位分配空间的，象INTEL的CPU，其一页在通常情况下是4K字节大小，而无论是数据段还是堆栈段都是由许多“页”构成的，fork函数复制这两个段，只是“逻辑”上的，并非“物理”上的，也就是说，实际执行fork时，物理空间上两个进程的数据段和堆栈段都还是共享着的，当有一个进程写了某个数据时，这时两个进程之间的数据才有了区
别，系统就将有区别的“页”从物理上也分开。系统在空间上的开销就可以达到最小。

2、对于exec系列函数
一个进程一旦调用exec类函数，它本身就“死亡”了，系统把代码段替换成新的程序的代码，废弃原有的数据段和堆栈段，并为新程序分配新的数据段与堆栈段，唯一留下的，就是进程号，也就是说，对系统而言，还是同一个进程，不过已经是另一个程序了。不过exec类函数中有的还允许继承环境变量之类的信息，这个通过exec系列函数中的一部分函数的参数可以得到。

对于fork（）：
1、子进程复制父进程的所有进程内存到其内存地址空间中。
父、子进程的 “数据段”，“堆栈段”和“代码段”完全相同，即子进程中的每一个字节都和父进程一样。

2、子进程的当前工作目录、umask掩码值和父进程相同，fork（）之前父进程打开的文件描述符，在子进程中同样打开，并且都指向相同的文件表项。
3、子进程拥有自己的进程ID。

对于exec（）：
1、进程调用exec（）后，将在同一块进程内存里用一个新程序来代替调用exec（）的那个进程，新程序代替当前进程映像，当前进程的“数据段”,“堆栈段”和“代码段”背新程序改写。
2、新程序会保持调用exec（）进程的ID不变。
3、调用exec（）之前打开打开的描述字继续打开（好像有什么参数可以令打开的描述字在新程序中关闭）

vfork为写时复制，只有往进程中写数据时才复制那份资源
1.  fork  （）：子进程拷贝父进程的数据段，代码段
    vfork （ ）：子进程与父进程共享数据段
2.  fork （）父子进程的执行次序不确定
    vfork 保证子进程先运行，在调用exec 或exit 之前与父进程数据是共享的,在它调用exec或exit 之后父进程才可能被调度运行。
3.  vfork （）保证子进程先运行，在她调用exec 或exit 之后父进程才可能被调度运行。如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作，则会导致死锁。

为什么需要vfork:
fork会复制一份独立的数据段与堆栈，而exec的调用会产生新的数据段与堆栈。这种情况下，前面复制数据段与代码段的行为就没什么意义了。而复制又很浪费时间与空间。为了提高效率，产生了vfork。vfork不会复制数据段与堆栈，它产生的子进程会使用父进程的数据段与代码段。因此用vfork代替fork，从效率上看很划算。

线程池工作流程：

1. 线程池判断核心线程池里的线程是否都在执行任务。如果不是，则创建一个新的工作 线程来执行任务。如果核心线程池里的线程都在执行任务，则进入下个流程。
2. 线程池判断工作队列是否已经满。如果工作队列没有满，则将新提交的任务存储在这 个工作队列里。如果工作队列满了，则进入下个流程。
3. 线程池判断线程池的线程是否都处于工作状态。如果没有，则创建一个新的工作线程 来执行任务。如果已经满了，则交给饱和策略来处理这个任务。