作業系統 fork 函式的使用與底層原理

在我第一次接觸到fork函式的時候，那個時候我在牛客網刷題然後呢碰到乙個關於fork()的函式的問題.總是沒有辦法理解那個printf()

為什麼輸出那

麼 多次.終於通過學習完程序的建立明白了fork()的時候到底發生了什麼事情. 下面我就來談一談我的一點小小的積累. 首

先我們來認識fork()的運用.

#includepid_t fork(void);

返回值:自程序中返回0，父程序返回程序id，出錯返回-1

表當中的每一項

都是型別為

task_struct成為程序描述符的結構.也就是我們寫過的

程序pcb

. 小知識:核心通過乙個位置的程序標識值或pid來標識每乙個程序.//最大值預設為32768，short int短整型的最大值. 他就是系統中允許

同時存在的進

程 最大的數目. 如果你覺得我在胡扯！！！  那麼！ 你去你的linux下的proc目錄中尋找乙個 pid_max的檔案，並開啟它. 

這個時候你就懂了.

首先我們來看一段**，不過這裡會有一點奇怪的現象:

我們複製出來了兩個

一模一樣的程序，那麼他們就應該做同樣的事情. but!!! 我們看執行結果:

結果並非我們想的那樣，這個時候我們就需要知道fork出子程序之後，程式的執行細節.這裡我畫一張圖幫助我理解：

一般來說，在fork之後是父程序先執行還是子程序先執行是不確定的.這取決於核心所使用的排程演算法.如果要求父，子程序之間相

互同步.則要求某種

形式的程序間通訊. 好了我們繼續，當程序呼叫fork後，當控制轉移到核心中的fork**後，核心會做4件事情:

1.分配新的記憶體塊和核心資料結構給子程序

2.將父程序部分資料結構內容拷貝至子程序

3.新增子程序到系統程序列表當中

4.fork返回，開始排程器排程

第乙個問題，為什麼frok成功呼叫後返回兩個值?

由於在複製時複製了父程序的堆疊段，所以兩個程序都停留在fork函式中，等待返回.因為fork函式會返回兩次,一次是在父程序中返回，

另一次是在子程序中返回，這兩次的返回值不同. 

從fork函式開始以後的**父子共享，既父程序要執行這段**，子程序也要執行這段**.(子程序獲得父程序資料空間，堆和棧的副

本. 但是父子程序並不共享這些儲存空間部分. 父，子程序共享**段.)現在很多現實並不執行乙個父程序資料段，堆和棧的完全複製. 

而是採用

寫時拷貝技術(

不懂可以戳進去看一看).這些區域有父子程序共享，而且核心地他們的訪問許可權改為唯讀的.如果父子程序中任一

個試圖修改這些區域,則核心值為修改區域的那塊記憶體製作乙個副本, 也就是如果你不修改我們一起用，你修改了之後對於修改的那部分

內容我們分開各用個的.

fork()函式在底層中做了什麼?

linux平台通過clone()系統呼叫實現fork(). fork(),vfork()和clone()庫函式都根據各自需要的引數標誌去呼叫clone()，然後由clone()去

呼叫do_fork(). 再然後do_fork()完成了建立中的大部分工作，他定義在kernel/fork.c當中.該函式呼叫copy_process(). 然後重點來了，

我們看看這個copy_process函式到底做了那些事情?? 我畫一張圖幫我們理解：

vfork()的誕生是在fork()還沒有寫時拷貝的時候，因為那個時候建立乙個子程序的成本太大了，如果一下子建立好多了那麼程式的效率

一定會下

降. 然後就有人提出了vfork(). vfork的實現原理非常簡單，就是子程序，父程序完全公用乙個資源. 就是是有人修改了內容，

甚至main()函式退出了

也不會新開闢乙個空間. 這裡裡會有問題的，如果你的乙個子程序沒有使用exit()退出，那麼程式就會出現段錯誤. 

不相信可以去試一試~ 

為什麼會出現段錯誤? 

在函式棧上面，子程序執行結束了，main的函式棧被子程序釋放了，然後父程序在使用的時候，就訪問不到了，一旦vfork出子程序，

退出的時候需要

使用exit來結束.

vfork和fork之間的區別:

1.fork父子程序交替執行，vfork子程序執行，父程序阻塞，直到子程序結束.

2.fork實現了寫時拷貝. vfork直接讓父子程序公用資源然後無論如何也不會多開闢空間拷貝了,

3,vfork必須使用exit或者excl退出.

4.就算是fork使用了寫時拷貝，也沒有vfork效能高.

5.每個系統上的vfork都有問題，推薦不要使用.

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