Linux中的fork()和clone()函数

Posted 2022-08-06 贺二公子

原文地址：https://blog.csdn.net/qq_42837885/article/details/101950162

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fork函数

在linux中fork函数是非常重要的函数，它从已存在进程中创建一个新进程。新进程为子进程，而原进程为父进程。

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

返回值：

• 子进程中返回0
• 父进程返回子进程id
• 出错返回-1

那么为什么要这样设返回值呢？

• 将子进程id返回给父进程：原因很简单，一个父亲可以有多个儿子，所以儿子很容易就能找到父亲(调用getppid())，但父亲很难找到所有的儿子,没有一个函数使一个进程可以获得所有子进程的Id。

进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：

1. 分配新的内存块和内核数据结构给子进程
2. 将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程
3. 添加子进程到系统进程列表当中
4. fork返回，开始调度器调度

当一个进程调用fork之后，就有两个二进制代码相同的进程。而且它们都运行到相同的地方。但每个进程都将可以开始它们自己的旅程。

int main()

	int i;
    for(i=0;i<2;i++)
    
    	if(fork()==0)
        
  	      printf("A\\n");
  	    
        else
        
          printf("B\\n");
        
    

fork 之后会产生父子进程，相当于父进程拷贝了一份给子进程，其中包括缓冲区中的数据。对于fork之后的代码会继续执行.。所以结果是三个A,三个B。

int main()

	int i;
    for(i=0;i<2;i++)
    
    	if(fork()==0)
        
  	      printf("A");
  	    
        else
        
          printf("B");
        
    

• fork之后，i=0，产生父子进程，没有遇到\\n，程序也没有结束，那么父进程得到的A和子进程得到的B都会在缓冲区先呆着，i=1时，又fork一次，父子进程会把自己的在拷贝一份给他们各自的子进程，那么拷贝的时候就包含了呆在缓冲区里的东西，所以i=2，程序结束，输出缓冲区里的东西，就是4个A，4个B
• fork之后父子进程谁先执行完全由调度器来决定。
• 注意： 第二个代码中的printf 语句中没有了\\n,这涉及到printf输出缓冲区的问题，缓冲区中的数据只有在以下几种可能会输出：
  • ① 遇到\\n
  • ② fflush(stdout)刷新缓冲区
  • ③程序结束（exit或return）
  • ④ 缓冲区满。（注意：_exit 程序结束时不刷新缓冲区）

写时拷贝

通常，父子代码共享，父子再不写入时，数据也是共享的，当任意一方试图写入，便以写时拷贝的方式各自一份副本。（类似C++String类中的写时拷贝）

fork常规用法

• 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。
• 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

• 系统中有太多的进程
• 实际用户的进程数超过了限制

clone函数

• clone是Linux为创建线程设计的（虽然也可以用clone创建进程）。所以可以说clone是fork的升级版本，不仅可以创建进程或者线程，还可以指定创建新的命名空间（namespace）、有选择的继承父进程的内存、甚至可以将创建出来的进程变成父进程的兄弟进程等等。
• clone函数功能强大，带了众多参数，它提供了一个非常灵活自由的常见进程的方法。因此由他创建的进程要复杂。clone可以让你有选择性的继承父进程的资源，你可以和父进程共享一个虚存空间，从而使创造的是线程，你也可以不和父进程共享，你甚至可以选择创造出来的进程和父进程不再是父子关系，而是兄弟关系。

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

• fn为函数指针，此指针指向一个函数体，即想要创建进程的静态程序（我们知道进程的4要素，这个就是指向程序的指针，就是所谓的“剧本", ）；
• child_stack为给子进程分配系统堆栈的指针（在linux下系统堆栈空间是2页面，就是8K的内存，其中在这块内存中，低地址上放入了值，这个值就是进程控制块task_struct的值）；
• arg就是传给子进程的参数一般为（0）；
• flags为要复制资源的标志，描述你需要从父进程继承那些资源（是资源复制还是共享，在这里设置参数：
  • 下面是flags可以取的值

标志	含义
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”
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
CLONE_FILES	子进程与父进程共享相同的文件描述符（file descriptor）表
CLONE_NEWNS	在新的namespace启动子进程，namespace描述了进程的文件hierarchy
CLONE_SIGHAND	子进程与父进程共享相同的信号处理（signal handler）表
CLONE_PTRACE	若父进程被trace，子进程也被trace
CLONE_VFORK	父进程被挂起，直至子进程释放虚拟内存资源
CLONE_VM	子进程与父进程运行于相同的内存空间
CLONE_PID	子进程在创建时PID与父进程一致
CLONE_THREAD	Linux 2.4中增加以支持POSIX线程标准，子进程与父进程共享相同的线程群
下面的例子是创建一个线程（子进程共享了父进程虚存空间，没有自己独立的虚存空间不能称其为进程）。父进程被挂起当子线程释放虚存资源后再继续执行。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
#define FIBER_STACK 8192
int a;
void * stack;
int do_something()
		a=10;
		printf("This is son, the pid is:%d, the a is: %d\\n", getpid(), a);
		free(stack); 
		exit(1);

int main() 
		void * stack;
		a = 1;
		stack = malloc(FIBER_STACK);//为子进程申请系统堆栈
		if(!stack) 
				printf("The stack failed\\n");
				exit(0);
		
		printf("creating son thread!!!\\n");
		clone(&do_something, (char *)stack + FIBER_STACK, CLONE_VM|CLONE_VFORK, 0);//创建子线程
		printf("This is father, my pid is: %d, the a is: %d\\n", getpid(), a);
		exit(1);

• 运行的结果：
  son的PID：10692；
  father的PID：10691；
  parent和son中的a都为10；所以证明他们公用了一份变量a，是指针的复制，而不是值的复制。

• 问题：clone和fork的区别：

  • clone和fork的调用方式很不相同，clone调用需要传入一个函数，该函数在子进程中执行。
  • clone和fork最大不同在于clone不再复制父进程的栈空间，而是自己创建一个新的。 （void *child_stack,）也就是第二个参数，需要分配栈指针的空间大小，所以它不再是继承或者复制，而是全新的创造。