fork诺苹，vfork咕晋，clone
Unix標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)制進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用時fork（即分叉），但是Linux收奔，BSD等操作系統(tǒng)并不止實(shí)現(xiàn)這一個掌呜，確切的說linux實(shí)現(xiàn)了三個，fork,vfork,clone（確切說vfork創(chuàng)造出來的是輕量級進(jìn)程坪哄，也叫線程质蕉，是共享資源的進(jìn)程）
系統(tǒng)調(diào)用
描述

fork
fork創(chuàng)造的子進(jìn)程是父進(jìn)程的完整副本，復(fù)制了父親進(jìn)程的資源翩肌，包括內(nèi)存的內(nèi)容task_struct內(nèi)容

vfork
vfork創(chuàng)建的子進(jìn)程與父進(jìn)程共享數(shù)據(jù)段,而且由vfork()創(chuàng)建的子進(jìn)程將先于父進(jìn)程運(yùn)行

clone
Linux上創(chuàng)建線程一般使用的是pthread庫 實(shí)際上linux也給我們提供了創(chuàng)建線程的系統(tǒng)調(diào)用模暗，就是clone

fork

include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>int main(void){ int count = 1; int child; child = fork( ); if(child < 0) { perror("fork error : "); } else if(child == 0) // fork return 0 in the child process because child can get hid PID by getpid( ) { printf("This is son, his count is: %d (%p). and his pid is: %d\n", ++count, &count, getpid()); } else // the PID of the child process is returned in the parent’s thread of execution { printf("This is father, his count is: %d (%p), his pid is: %d\n", count, &count, getpid()); } return EXIT_SUCCESS;}

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fork

為子進(jìn)程的頁分配頁幀

初始化子進(jìn)程的頁表

把父進(jìn)程的頁復(fù)制到子進(jìn)程相應(yīng)的頁中
這種創(chuàng)建地址空間的方法涉及許多內(nèi)存訪問少办，消耗許多CPU周期，并且完全破壞了高速緩存中的內(nèi)容诵原。在大多數(shù)情況下英妓，這樣做常常是毫無意義的，因?yàn)樵S多子進(jìn)程通過裝入一個新的程序開始它們的執(zhí)行绍赛，這樣就完全丟棄了所繼承的地址空間鞋拟。

現(xiàn)在的Linux內(nèi)核采用一種更為有效的方法，稱之為寫時復(fù)制（Copy On Write惹资，COW）贺纲。這種思想相當(dāng)簡單：父進(jìn)程和子進(jìn)程共享頁幀而不是復(fù)制頁幀。然而褪测，只要頁幀被共享猴誊，它們就不能被修改潦刃，即頁幀被保護(hù)。無論父進(jìn)程還是子進(jìn)程何時試圖寫一個共享的頁幀懈叹，就產(chǎn)生一個異常乖杠，這時內(nèi)核就把這個頁復(fù)制到一個新的頁幀中并標(biāo)記為可寫。原來的頁幀仍然是寫保護(hù)的：當(dāng)其他進(jìn)程試圖寫入時澄成，內(nèi)核檢查寫進(jìn)程是否是這個頁幀的唯一屬主胧洒，如果是，就把這個頁幀標(biāo)記為對這個進(jìn)程是可寫的墨状。
當(dāng)進(jìn)程A使用系統(tǒng)調(diào)用fork創(chuàng)建一個子進(jìn)程B時,由于子進(jìn)程B實(shí)際上是父進(jìn)程A的一個拷貝,
因此會擁有與父進(jìn)程相同的物理頁面.為了節(jié)約內(nèi)存和加快創(chuàng)建速度的目標(biāo),fork()函數(shù)會讓子進(jìn)程B以只讀方式共享父進(jìn)程A的物理頁面.同時將父進(jìn)程A對這些物理頁面的訪問權(quán)限也設(shè)成只讀.
這樣,當(dāng)父進(jìn)程A或子進(jìn)程B任何一方對這些已共享的物理頁面執(zhí)行寫操作時,都會產(chǎn)生頁面出錯異常(page_fault int14)中斷,此時CPU會執(zhí)行系統(tǒng)提供的異常處理函數(shù)do_wp_page()來解決這個異常.
do_wp_page()會對這塊導(dǎo)致寫入異常中斷的物理頁面進(jìn)行取消共享操作,為寫進(jìn)程復(fù)制一新的物理頁面,使父進(jìn)程A和子進(jìn)程B各自擁有一塊內(nèi)容相同的物理頁面.最后,從異常處理函數(shù)中返回時,CPU就會重新執(zhí)行剛才導(dǎo)致異常的寫入操作指令,使進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行下去.
vfork
如果fork簡單的vfork()的做法更加火爆卫漫，內(nèi)核連子進(jìn)程的虛擬地址空間結(jié)構(gòu)也不創(chuàng)建了，直接共享了父進(jìn)程的虛擬空間肾砂，當(dāng)然了列赎，這種做法就順?biāo)浦鄣墓蚕砹烁高M(jìn)程的物理空間

include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>int main(void){ int count = 1; int child; // child = vfork( ); printf("Before create son, the father's count is:%d\n", count); if((child = vfork())< 0) { perror("fork error : "); } else if(child == 0) // fork return 0 in the child process because child can get hid PID by getpid( ) { printf("This is son, his count is: %d (%p). and his pid is: %d\n", ++count, &count, getpid()); exit(0); } else // the PID of the child process is returned in the parent’s thread of execution { printf("After son, This is father, his count is: %d (%p), his pid is: %d\n", ++count, &count, getpid()); exit(0); } return EXIT_SUCCESS;}

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vfork

由vfork創(chuàng)造出來的子進(jìn)程還會導(dǎo)致父進(jìn)程掛起源葫，除非子進(jìn)程exit或者execve才會喚起父進(jìn)程

由vfok創(chuàng)建出來的子進(jìn)程共享了父進(jìn)程的所有內(nèi)存诗越，包括棧地址，直至子進(jìn)程使用execve啟動新的應(yīng)用程序?yàn)橹?/p>

由vfork創(chuàng)建出來得子進(jìn)程不應(yīng)該使用return返回調(diào)用者息堂，或者使用exit()退出掺喻，但是它可以使用_exit()函數(shù)來退出

如果我們使用return來退出，你會發(fā)現(xiàn)程序陷入一種邏輯混亂的重復(fù)vfork狀態(tài)
參見下面的代碼

include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>int main(void){ int count = 1; int child; // child = vfork( ); printf("Before create son, the father's count is : %d\n", count); if((child = vfork())< 0) { perror("fork error : "); } else if(child == 0) // fork return 0 in the child process because child can get hid PID by getpid( ) { printf("This is son, his count is: %d (%p). and his pid is: %d\n", ++count, &count, getpid()); } else // the PID of the child process is returned in the parent’s thread of execution { printf("After son, This is father, his count is: %d (%p), his pid is: %d\n", count, &count, getpid()); sleep(2); } return EXIT_SUCCESS;}

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我們會發(fā)現(xiàn)vfork的子進(jìn)程在使用return后储矩，返回到了調(diào)用處感耙，因此父進(jìn)程又創(chuàng)建出一個新的vfork進(jìn)程，

vfork2

解決這種問題的方法就是不要在進(jìn)程中使用return持隧，而是使用exit或者_(dá)exit來代替
fork與vfork
區(qū)別與聯(lián)系
vfork()用法與fork()相似.但是也有區(qū)別,具體區(qū)別歸結(jié)為以下3點(diǎn)
fork() 子進(jìn)程拷貝父進(jìn)程的數(shù)據(jù)段即硼，代碼段. vfork() 子進(jìn)程與父進(jìn)程共享數(shù)據(jù)段.|

fork() 父子進(jìn)程的執(zhí)行次序不確定. vfork():保證子進(jìn)程先運(yùn)行，

vfork()保證子進(jìn)程先運(yùn)行屡拨，在她調(diào)用exec或_exit之后父進(jìn)程才可能被調(diào)度運(yùn)行只酥。如果在 調(diào)用這兩個函數(shù)之前子進(jìn)程依賴于父進(jìn)程的進(jìn)一步動作，則會導(dǎo)致死鎖呀狼。
在調(diào)用exec或_exit之前與父進(jìn)程數(shù)據(jù)是共享的,在它調(diào)用exec或_exit之后父進(jìn)程才可能被調(diào)度運(yùn)行裂允。如果在調(diào)用這兩個函數(shù)之前子進(jìn)程依賴于父進(jìn)程的進(jìn)一步動作，則會導(dǎo)致死鎖哥艇。當(dāng)需要改變共享數(shù)據(jù)段中變量的值绝编，則拷貝父進(jìn)程
vfork用于創(chuàng)建一個新進(jìn)程，而該新進(jìn)程的目的是exec一個新進(jìn)程，vfork和fork一樣都創(chuàng)建一個子進(jìn)程十饥，但是它并不將父進(jìn)程的地址空間完全復(fù)制到子進(jìn)程中窟勃，不會復(fù)制頁表。因?yàn)樽舆M(jìn)程會立即調(diào)用exec逗堵，于是也就不會存放該地址空間秉氧。不過在子進(jìn)程中調(diào)用exec或exit之前，他在父進(jìn)程的空間中運(yùn)行蜒秤。
如果在調(diào)用vfork時子進(jìn)程依賴于父進(jìn)程的進(jìn)一步動作汁咏，則會導(dǎo)致死鎖。由此可見作媚，這個系統(tǒng)調(diào)用是用來啟動一個新的應(yīng)用程序攘滩。其次，子進(jìn)程在vfork()返回后直接運(yùn)行在父進(jìn)程的椀嗫ィ空間轰驳，并使用父進(jìn)程的內(nèi)存和數(shù)據(jù)厚掷。這意味著子進(jìn)程可能破壞父進(jìn)程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或棧弟灼，造成失敗。
為了避免這些問題冒黑，需要確保一旦調(diào)用vfork()田绑，子進(jìn)程就不從當(dāng)前的棧框架中返回抡爹，并且如果子進(jìn)程改變了父進(jìn)程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就不能調(diào)用exit函數(shù)掩驱。
子進(jìn)程還必須避免改變?nèi)謹(jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或全局變量中的任何信息，因?yàn)檫@些改變都有可能使父進(jìn)程不能繼續(xù)冬竟。通常欧穴，如果應(yīng)用程序不是在fork()之后立即調(diào)用exec()，就有必要在fork()被替換成vfork()之前做仔細(xì)的檢查泵殴。
為什么會有vfork
因?yàn)橐郧暗膄ork當(dāng)它創(chuàng)建一個子進(jìn)程時涮帘，將會創(chuàng)建一個新的地址空間，并且拷貝父進(jìn)程的資源笑诅，而往往在子進(jìn)程中會執(zhí)行exec調(diào)用调缨，這樣，前面的拷貝工作就是白費(fèi)力氣了吆你，這種情況下弦叶，聰明的人就想出了vfork，它產(chǎn)生的子進(jìn)程剛開始暫時與父進(jìn)程共享地址空間（其實(shí)就是線程的概念了）妇多，因?yàn)檫@時候子進(jìn)程在父進(jìn)程的地址空間中運(yùn)行伤哺，所以子進(jìn)程不能進(jìn)行寫操作，
并且在兒子“霸占”著老子的房子時候，要委屈老子一下了默责，讓他在外面歇著（阻塞）贬循，一旦兒子執(zhí)行了exec或者exit后，相當(dāng)于兒子買了自己的房子了桃序，這時候就相當(dāng)于分家了杖虾。此時vfork保證子進(jìn)程先運(yùn)行，在她調(diào)用exec或exit之后父進(jìn)程才可能被調(diào)度運(yùn)行媒熊。
因此vfork設(shè)計(jì)用以子進(jìn)程創(chuàng)建后立即執(zhí)行execve系統(tǒng)調(diào)用加載新程序的情形奇适。在子進(jìn)程退出或開始新程序之前，內(nèi)核保證了父進(jìn)程處于阻塞狀態(tài)

用vfork函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程后芦鳍，子進(jìn)程往往要調(diào)用一種exec函數(shù)以執(zhí)行另一個程序嚷往，當(dāng)進(jìn)程調(diào)用一種exec函數(shù)時，該進(jìn)程完全由新程序代換柠衅，而新程序則從其main函數(shù)開始執(zhí)行皮仁，因?yàn)檎{(diào)用exec并不創(chuàng)建新進(jìn)程，所以前后的進(jìn)程id 并未改變菲宴，exec只是用另一個新程序替換了當(dāng)前進(jìn)程的正文贷祈，數(shù)據(jù)，堆和棧段喝峦。
clone
參見
man手冊

clone函數(shù)功能強(qiáng)大势誊，帶了眾多參數(shù)，因此由他創(chuàng)建的進(jìn)程要比前面2種方法要復(fù)雜谣蠢。
clone可以讓你有選擇性的繼承父進(jìn)程的資源粟耻，你可以選擇想vfork一樣和父進(jìn)程共享一個虛存空間，從而使創(chuàng)造的是線程眉踱，你也可以不和父進(jìn)程共享挤忙，你甚至可以選擇創(chuàng)造出來的進(jìn)程和父進(jìn)程不再是父子關(guān)系，而是兄弟關(guān)系谈喳。
先有必要說下這個函數(shù)的結(jié)構(gòu) ···c int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg); ···
這里fn是函數(shù)指針册烈，我們知道進(jìn)程的4要素，這個就是指向程序的指針叁执，就是所謂的“劇本”, child_stack明顯是為子進(jìn)程分配系統(tǒng)堆椙牙澹空間（在linux下系統(tǒng)堆棧空間是2頁面谈宛，就是8K的內(nèi)存次哈，其中在這塊內(nèi)存中，低地址上放入了值吆录，這個值就是進(jìn)程控制塊task_struct的值）,flags就是標(biāo)志用來描述你需要從父進(jìn)程繼承那些資源窑滞， arg就是傳給子進(jìn)程的參數(shù)）。下面是flags可以取的值
標(biāo)志
含義

CLONE_PARENT
創(chuàng)建的子進(jìn)程的父進(jìn)程是調(diào)用者的父進(jìn)程，新進(jìn)程與創(chuàng)建它的進(jìn)程成了“兄弟”而不是“父子”

CLONE_FS
子進(jìn)程與父進(jìn)程共享相同的文件系統(tǒng)哀卫，包括root巨坊、當(dāng)前目錄、umask

CLONE_FILES
子進(jìn)程與父進(jìn)程共享相同的文件描述符（file descriptor）表

CLONE_NEWNS
在新的namespace啟動子進(jìn)程此改，namespace描述了進(jìn)程的文件hierarchy

CLONE_SIGHAND
子進(jìn)程與父進(jìn)程共享相同的信號處理（signal handler）表

CLONE_PTRACE
若父進(jìn)程被trace趾撵，子進(jìn)程也被trace

CLONE_VFORK
父進(jìn)程被掛起，直至子進(jìn)程釋放虛擬內(nèi)存資源

CLONE_VM
子進(jìn)程與父進(jìn)程運(yùn)行于相同的內(nèi)存空間

CLONE_PID
子進(jìn)程在創(chuàng)建時PID與父進(jìn)程一致

CLONE_THREAD
Linux 2.4中增加以支持POSIX線程標(biāo)準(zhǔn)共啃，子進(jìn)程與父進(jìn)程共享相同的線程群

下面的例子是創(chuàng)建一個線程（子進(jìn)程共享了父進(jìn)程虛存空間占调，沒有自己獨(dú)立的虛存空間不能稱其為進(jìn)程）。父進(jìn)程被掛起當(dāng)子線程釋放虛存資源后再繼續(xù)執(zhí)行移剪。

include <stdio.h>#include <malloc.h>#include <sched.h>#include <signal.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#define FIBER_STACK 8192int a;void * stack;int do_something(){ printf("This is son, the pid is:%d, the a is: %d\n", getpid(), ++a); free(stack); //這里我也不清楚究珊，如果這里不釋放，不知道子線程死亡后纵苛，該內(nèi)存是否會釋放剿涮，知情者可以告訴下,謝謝 exit(1);}int main(){ void * stack; a = 1; stack = malloc(FIBER_STACK);//為子進(jìn)程申請系統(tǒng)堆棧 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);//創(chuàng)建子線程 printf("This is father, my pid is: %d, the a is: %d\n", getpid(), a); exit(1);}

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clone

實(shí)現(xiàn)方式思路
系統(tǒng)調(diào)用服務(wù)例程sys_clone, sys_fork, sys_vfork三者最終都是調(diào)用do_fork函數(shù)完成.
do_fork的參數(shù)與clone系統(tǒng)調(diào)用的參數(shù)類似, 不過多了一個regs(內(nèi)核棧保存的用戶模式寄存器). 實(shí)際上其他的參數(shù)也都是用regs取的
具體實(shí)現(xiàn)的參數(shù)不同
clone: clone的API外衣, 把fn, arg壓入用戶棧中, 然后引發(fā)系統(tǒng)調(diào)用. 返回用戶模式后下一條指令就是fn. sysclone: parent_tidptr, child_tidptr都傳到了 do_fork的參數(shù)中 sysclone: 檢查是否有新的棧, 如果沒有就用父進(jìn)程的棧 (開始地址就是regs.esp)

fork, vfork: 服務(wù)例程就是直接調(diào)用do_fork, 不過參數(shù)稍加修改 clone_flags: sys_fork: SIGCHLD, 0, 0, NULL, NULL, 0 sys_vfork: CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, 0, 0, NULL, NULL, 0 用戶棧: 都是父進(jìn)程的棧. parent_tidptr, child_ctidptr都是NULL.