Linux进程-fork,wait

pit_t fork(void)

注意点：

1.当fork()结束后，会有两个进程存在。在父进程中，fork()返回子进程的ID，错误返回-1。在子进程中，fork()返回0。

2.两个进程执行相同的程序段，但是栈、堆、数据段是各自拥有的（最初是共享的）。子进程的栈、堆、数据段最初都是从父进程拷贝的。

3.进程可以调用getpid()得到自己的ID，调用getppid()获得父进程的ID。

4.fork()返回-1很有可能是该用户拥有的进程到达上限，或整个系统的进程到达上限。

5.fork()执行后，不能确定哪个进程会被先调度到（和线程相同）。像在父进程中使用sleep()来使子进程先运行的这种方法是不可靠的。

6.fork()的典型使用方法：

pid_t childpid;

switch (childpid = fork()) {

case -1:

       /*handle error*/

break;

case 0;

       /*perform actions specific to child*/

break;

default:

       /*perform actions specific to parent*/

}

 

父进程和子进程文件的共享

当调用fork()后，子进程会复制父进程的文件描述符。该描述符包含了打开的文件和当前文件的偏移量（read(),write(),lseek()会修改该offset），和文件相关的标志。

父进程和子进程内存的共享

在早期linux中， fork()在创建子进程时会整个拷贝父进程的虚拟页表，这种方式是相当费时的，特别是调用fork()后，紧接着再调用会替代子进程整个空间的exec()函数,这时拷贝虚拟页表就显得多余了。

现代linux采用下面两种技术来避免在创建子进程时就马上拷贝虚拟页表：

1.内核把进程的代码段设置为只读，父进程和子进程都共享该段。

2.对于在数据段，堆，栈中的页（pages），内核使用写时复制（copy-on-write）。在最开始，内核让父子进程共享这些段中的页，并把这些页设置为可读。当任意一个进程要修改其中一个页时，内核负责把该页复制，然后让要修改该页的进程中的page-table entry指向复制后的页。

pid_t vfork(void)（该函数已被废弃）

注意点：

1.这是BSD实现的系统调用。它的出现是为了弥补fork()（未实现copy-on-write）性能上的缺失。通常在vfork()之后，会继续调用exec()。

2.vfork()函数不会对父进程的页表和页进行复制，父子进程共享相同的页。当子进程调用exec()或_exit()时，子进程才会创建自己的页表。如果子进程在vfork()和exec()/_exit()之间返回了，这将会影响父进程（父进程中的资源和堆栈都被清除了）。

4.文件描述表在vfork()中会被复制。这就意味着子进程在vfork()和exec()之间调用操作文件描述符的API不会影响到父进程。

5.父进程在执行vfork()后，会一直挂起，直到子进程执行了exec()或_exit()。这保证了子进程在父进程之前被调度。

 

创建进程后的竞争

先调度父进程还是子进程？

fork()后到底是先调度父进程（parent first after fork）还是子进程（children first after fork），这个没有定论。children first after fork是基于以下考虑：当fork()后，子进程紧接着调用exec()。而父进程在fork()后，马上修改数据。如果先调度父进程，那么内核会因为父进程需要修改共享的数据页，而把该页先复制，然后让父进程的页表中某一项指向该页。在完成上面一系列操作后，父进程才能修改数据。接下来调度子进程，exec()会把子进程的整个空间用其他程序替代。所以，如果先调度子进程，那么父进程中的复制根本没必要。

 

parent first after fork是基于以下考虑：当父进程执行fork()后，进程的状态都已经存在于CPU中，内存的管理信息也已近被缓冲进了TLB。如果这时切换到子进程，那么所有在TLB的数据很有可能无效，这样CPU又会重新装载TLB,这会浪费时间。所以，先调度父进程比较好。

 

Linux为了满足这两种情况，提供了/proc/sys/kernel/sched_child_runs_first参数来让管理员手动修改。

用信号进行同步

注意：我们在写程序时，始终认为fork()之后的父子进程调度顺序都是随机的。如果必须在程序中保持某种顺序，我们必须使用同步技术（Synchronization Technique）。同步技术有很多种比如信号量（Semaphores），文件锁（File Locks），用Pipes发送信息。在这里将展示怎么用信号来进行进程同步。

 

#include <signal.h>

#include <stdlib.h>

#include <stdio.h>

#include <errno.h>

#include <unistd.h>



#define SYNC_SIG SIGUSR1



static void handler(int sig)

{

       printf("receive sig %d \n", sig);

}



int main(int argc, char *argv[])

{

       pid_t childpid;

       sigset_t block_mask, orig_mask, empty_mask;

       struct sigaction sa;



       sigemptyset(&block_mask);

       sigaddset(&block_mask, SYNC_SIG);

       if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &block_mask, &orig_mask) == -1)

              exit(-1);



       sigemptyset(&sa.sa_mask);

       sa.sa_flags = SA_RESTART;

       sa.sa_handler = handler;

       if (sigaction(SYNC_SIG, &sa, NULL) == -1)

              exit(-1);



       switch (childpid = fork()) {

       case -1:

              exit(-1);

       case 0:/*child*/

              sleep(2);

              if (kill(getppid(), SYNC_SIG) == -1)

                     exit(-1);

              printf("child process send sig %d \n", SYNC_SIG);

              _exit(0);

              break;

       default:/*parent*/

              printf("parent about to wait for signal\n");

              sigemptyset(&empty_mask);

              if (sigsuspend(&empty_mask) == -1 && errno != EINTR)

                     exit(-1);



              if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &orig_mask, NULL) == -1)

                     exit(-1);



              exit(0);

       }

}