进程控制---fork函数

Posted 2020-08-12

　　Linux系统提供了 fork 函数用来创建子进程。fork 函数和普通的函数相比，其特殊的地方在于 fork 函数被调用一次，但是会返回两次。一次返回时在父进程中，另一次返回值是在子进程中。

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函数原型：

返回值：

• 调用失败时返回 -1 给父进程，而且子进程也不会被创建。
• 调用成功时，在父进程中返回 子进程的进程 ID，在子进程中返回 0

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　　使用 fork 函数创建出的子进程会复制父进程的地址空间，包括 代码段、数据段、堆和栈，而且子进程也会复制父进程的 PCB ，但是进程 ID 肯定是会不一样的。由此可见，父进程和子进程是相互独立的，各自有各自的地址空间（虽然虚拟地址都是相同的，但是映射的物理地址肯定是不相同的）。如果子进程修改了一个变量值，那么并不会影响父进程中的变量值。

 

　　考虑到如果每次创建子进程时都要复制父进程的地址空间，而且通常在fork之后，就会利用exec函数去执行不同的程序，所以又要去清理子进程的代码段和数据段。这样一来，降低了效率。所以如今的 fork 都会采用一种“写时复制（Copy On Write）”的技术来改进这个缺点。这种技术的特点是“读时共享，写时复制”，当子进程想要读数据的时候，和父进程共享地址空间；当子进程想要写数据的时候，才去对父进程进行复制，而且只复制父进程中被修改的那一“页”。这样就减少了复制父进程地址空间的时间，提高了效率。

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　　fork 函数被调用时，在内核中的调用流程？

　　当我们在应用程序中调用 fork 函数的时候，首先会通过中断指令进入到内核态中（x86架构下使用int指令，arm架构下使用swi指令），然后通过系统调用号来找到 sys_fork 函数，最终 sys_fork 函数会调用 do_fork 函数。

　　fork 函数在创建子进程的时候，子进程和父进程复制页表项，且内核将页表项设置为只读权限，当父子进程尝试去修改页的内容的时候，再去为子进程修改新的页表项，页的内容是从父进程复制而来。 vfork 函数会复制父进程的页表项，但是除非调用 exec 族函数，否则子进程不会创建新的页表项。