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浅谈Linux vfork与fork简单对比分析

本文分享了Linux vfork与fork简单对比分析,分享给大家,具体如下:

fork相关问题:

一、fork基础了解

fork作用为创建一个子进程,在使用了fork命令后,内核会分配新的内存块和数据结构给子进程,并且将父进程的部分数据结构内容拷贝到子进程,最后再将子进程添加到系统进程列表中,添加完成后fork返回,开始调度。

头文件:#include < unistd.h >

函数原型:pid_t fork( )

返回值:返回值大于0则当前进程为父进程,等于0代表为子进程,小于零代表创建子进程失败。

通过一个例子来了解:

  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  
    
  int main()
  {
    int tmp = 5;
    pid_t res = fork();
    if(res < 0){
     //fork失败
     perror("fork");
   }else if(res == 0){
     //该进程为子进程
     printf("im child[%d],fasther is %d,tmp is %d.\n",getpid(),getppid(),tmp++);
   }else{
     //该进程为父进程
     printf("im father[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
   }
   printf("tmp = %d\n",tmp);
   return 0;
 }     

运行结果:

im father[3128],tmp is 5. tmp = 6 im child[3129],fasther is 1,tmp is 5. tmp = 6

相关问题小结:

通过结果很明显的能看出本次调用中,先执行父进程,对应pid为3128,在父进程中tmp++,所以输出为6;关键问题在于子进程,有两个关键点。

①为什么结果中子进程父亲pid为1:通过输出我们能看出父进程先执行完成后才执行的子进程,也就是说当子进程执行时父进程已结束,此时该子进程相当于一个孤儿进程,被pid为1也就是Init进程所管理,所以子进程的ppid为1;

②为什么子进程最后输出tmp值还为6: fork进程采用的是写时拷贝,父子进程一开始共享一片内存区域,但是只有有一方要对数据进行修改,则再开辟一块空间,防止相互修改影响。所以在上述代码中,虽说是一个tmp,其实内存中各自保留了一份值。

二、关于fork过程中写时拷贝:

这下就不难看出,父子进程数据段和代码段开始时是共享一块对应的内存,当一方尝试写入时,便产生了写时拷贝。需要注意的是:fork之前,父进程独立执行,fork之后,父子两个执行流分别执行,至于谁先执行,由调度器决定。可通过下面例子很明显的看出是从fork之后才分别执行。

  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  
  
  int main()
  {
    int tmp = 5;
    printf("There is fork before\n");
    pid_t res = fork();
   if(res < 0){
     //fork失败
     perror("fork");
   }else if(res == 0){
     //该进程为子进程
     printf("im child[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
   }else{
     //该进程为父进程
     printf("im father[%d],tmp is %d.\n",getpid(),tmp++);
   }
   printf("tmp = %d\n",tmp);
   return 0;
 }

输出结果:

There is fork before

im father[3625],tmp is 5.

tmp = 6

im child[3626],tmp is 5.

tmp = 6

三、fork调用失败的原因:

①系统中已经存在太多进程,无法再创建新的进程。可通过ulimit -a命令查看当前所有的资源限制。

②内存不足,由于开辟每个新的进程都要分配一个PCB,并为新进程分配资源,内存都不足也就别提还想着再创建进程了。

vfork相关问题:

一、vfork基础了解

<1>vfork创建新进程的主要目的在于用exec函数执行另外的程序,实际上,在没调用exec或_exit之前子进程与父进程共享数据段。在vfork调用中,子进程先运行,父进程挂起,直到子进程调用exec或_exit,在这以后,父子进程的执行顺序不再有限制。

头文件:#include < unistd.h >

函数原型:pid_t vfork( )

返回值:返回值大于0则当前进程为父进程,等于0代表为子进程,小于零代表创建子进程失败。

通过一个例子来了解:

 #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
  
  int tmp = 3;
  
  int main()
  {
    pid_t res = vfork();
    if(res < 0){
     perror("vfork");
     _exit();
   }else if(res == 0){
    tmp = 10;
 printf("child res = %d\n",tmp);
     _exit(0);
   }else{
     printf("father res = %d\n",tmp);
   }
 
   return 0;
 }

输出结果:

child res = 10

father res = 10

结果分析:正如上面所说的,子进程直接公用父进程的页表,改变子进程的数据也会影响到父进程。

<2>vfork用处:

vfork()跟fork()类似,都是创建一个子进程,这两个函数的的返回值也具有相同的含义。但是vfork()创建的子进程基本上只能做一件事,那就是立即调用_exit()函数或者exec函数族成员,调用任何其它函数(包括exit())、修改任何数据(除了保存vfork()返回值的那个变量)、执行任何其它语句(包括return)都是不应该的。更需要注意的是:调用vfork()之后,父进程会一直阻塞,直到子进程调用_exit()终止,或者调用exec函数族成员。

<3>为什么只能用_exit退出:

exit()是对_exit()的封装,它自己在调用_exit()前会做很多清理工作,其中包括刷新并关闭当前进程使用的流缓冲(比如stdio.h里面的printf等),由于vfork()的子进程完全共享了父进程地址空间,子进程里面的流也是共享的父进程的流,所以子进程里面是不能做这些事的。直接return就更不行了,子进程return以后,会从当前函数的外部调用点后面继续执行,这后面子进程可能将会执行很多语句,结果就没法预料了。在man手册中也强调了这一点,必须使用_exit退出。

fork与vfork的区别

1.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。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。

2.fork要拷贝父进程的进程环境;而vfork则不需要完全拷贝父进程的进程环境,在子进程没有调用exec和exit之前,子进程与父进程共享进程环境,相当于线程的概念,此时父进程阻塞等待。

为什么会有vfork呢?

因为以前的fork当它创建一个子进程时,将会创建一个新的地址空间,并且拷贝父进程的资源,然后将会有两种行为:

1.执行从父进程那里拷贝过来的代码段

2.调用一个exec执行一个新的代码段

当进程调用exec函数时,一个新程序替换了当前进程的正文,数据,堆和栈段。这样,前面的拷贝工作就是白费力气了,这种情况下,聪明的人就想出了vfork。vfork并不复制父进程的进程环境,子进程在父进程的地址空间中运行,所以子进程不能进行写操作,并且在儿子“霸占”着老子的房子时候,要委屈老子一下了,让他在外面歇着(阻塞),一旦儿子执行了exec或者exit后,相当于儿子买了自己的房子了,这时候就相当于分家了。

因此,如果创建子进程是为了调用exec执行一个新的程序的时候,就应该使用vfork

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助。

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