fork和vfork，return和exit的理解

Posted 2020-07-26

fork和vfork的差别：

1、fork是创建一个子进程，并把父进程的内存数据copy到子进程中。

vfork是创建一个子进程，并和父进程的内存数据share一起。

2、vfork是这样的工作的：

（1）、保证子进程先执行。

（2）、当子进程调用exit()或exec()后，父进程往下执行。

3、fork后来采用的优化技术，这样，对于fork后并不是马上拷贝内存，而是只有你在需要改变的时候，才会从父进程中拷贝到子进程中，这样fork后立马执行exec的成本就非常小了。而vfork因为共享内存所以比较危险。

 

为什么会出现vfork？

原因是： 起初只有fork，但是很多程序在fork一个子进程后就exec一个外部程序，于是fork需要copy父进程的数据这个动作就变得毫无意了，而且还很重，所以，搞出了个父子进程共享的vfork。所以，vfork本就是为了exec而生。

exit与return的区别：

exit函数在头文件stdlib.h中。

exit（0）：正常运行程序并退出程序；

exit（1）：非正常运行导致退出程序；

return（）：返回函数，若在main主函数中，则会退出函数并返回一值，可以写为return（0），或return 0。

详细说：

1. return返回函数值，是关键字；exit是一个函数。

2. return是语言级别的，它表示了调用堆栈的返回；而exit是系统调用级别的，它表示了一个进程的结束。
3. return是函数的退出(返回)；exit是进程的退出。

4. return是C语言提供的，exit是操作系统提供的（或者函数库中给出的）。

5. return用于结束一个函数的执行，将函数的执行信息传出个其他调用函数使用；exit函数是退出应用程序，删除进程使用的内存空间，并将应用程序的一 个状态返回给OS，这个状态标识了应用程序的一些运行信息，这个信息和机器和操作系统有关，一般是 0 为正常退出，非0 为非正常退出。

6. 非主函数中调用return和exit效果很明显，但是在main函数中调用return和exit的现象就很模糊，多数情况下现象都是一致的。

 

为什么return会挂掉，exit()不会？

从上面我们知道，结束子进程的调用是exit()而不是return，如果你在vfork中return了，那么，这就意味main()函数return了，注意因为函数栈父子进程共享，所以整个程序的栈就出现问题了。如果你在子进程中return，那么基本是下面的过程：

（1）、首先子进程的main() 函数 return了。

（2）、而main()函数return后，通常会调用 exit()或相似的函数（如：exitgroup()）。

（3）、这时，父进程收到子进程exit()，开始从vfork返回，但是父进程的栈都被子进程干废掉了，你让我怎么执行？（注：栈会返回一个诡异一个栈地址，对于某些内核版本的实现，直接报“栈错误”，然而，对于某些内核版本的实现，于是有可能会再次调用main()，于是进入了一个无限循环的结果，直到vfork 调用返回 error）

再回到 return 和 exit，return会释放局部变量，并弹栈，回到上级函数执行。exit直接退掉。如果你用c++ 你就知道，return会调用局部对象的析构函数，exit不会。（注：exit不是系统调用，是glibc对系统调用 _exit()或_exitgroup()的封装）。

可见，子进程调用exit() 没有修改函数栈，所以，父进程得以顺利执行。

 

内核代码分析：

linux创建子进程实际是一个复制父进程的过程。所以更贴切的说法是clone。linux一开始使用fork的原因是当时clone这个词还没有流行。 实际存在fork,clone,vfork 三个系统调用。fork是完全复制，clone则是有选择的复制，vfork则完全使用父进程的资源。可以理解vfork是创建的线程。 vfork的出现主要是为了立即就执行exec的程序考虑的。但是后来的kernel都支持copy_on_write ，所以vfork提高效率的机制也没有那么明显了。

内核中三个系统调用最后都是调用do_fork：

fork：return do_fork(SIGCHLD, regs.esp, s, 0);

clone：return do_fork(clone_flags, newsp, s, 0);

vfork： return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, regs.esp, s, 0);

 

#define CLONE_VFORK 0x00004000  /* set if the parent wants the child to wake it up on mm_release*/

#define CLONE_VM 0x00000100  /* set if VM shared between processes */

上面两个宏指出：vfork 要求子进程执行mm_release 后唤醒 父进程， 并且共享虚拟内存

 

为什么要求子进程先行呢？

拿虚拟内存做比方。 进程需要有结构管理自己的虚拟内存空间， 该结构在进程 结构体 task_struct 中就是一个mm_struct 类型的指针。fork的时候内核会新建结构体，将该mm_struct 本身以及下级结构都复制一份，并设置子进程的mm_struct 指向新的内存。而vfork则只是复制了task_struct 本身，并没有递归下去。简单说就是：fork复制了内存，vfork复制了指针。

 

相关例子：

fork

 vfork

运行结果为：

fork运行结果：

vfork运行结果：

1、return返回时出错：

2、exit返回结果：

运行结果说明：vfrok时父、子进程共享数据段，fork时是进行拷贝。如果，vfork子进程中，使用return返回时，出现段错误。