linux进程创建：fork、vfork和clone联系与区别

fork,vfork,clone都是linux的系统调用，用来创建子进程的，但是大家在使用时经常混淆，这里给出具体例子讲解三者的联系与区别。

  我们知道，进程由4个要素组成：

  1.进程控制块：进程标志     2.进程程序块：可与其他进程共享  

  3.进程数据块：进程专属空间，用于存放各种私有数据以及堆栈空间。4.独立的空间（如果没有4则认为是线程）

   一、fork

    fork 创造的子进程复制了父亲进程的资源，包括内存的内容task_struct内容，新旧进程使用同一代码段,复制数据段和堆栈段，这里的复制采用了注明的copy_on_write技术，即一旦子进程开始运行，则新旧进程的地址空间已经分开，两者运行独立。如：

1.     int main() {
   
2.         int num = 1;
   
3.         int child;
   
4.         if(!(child = fork())) {
   
5.                 printf("This is son, his num is: %d. and his pid is: %d\n", ++num, getpid());
   
6.         } else {
   
7.                 printf("This is father, his num is: %d, his pid is: %d\n", num, getpid());
   
8.         }
   
9.    }

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执行结果为：This is son, his num is: 2. and his pid is: 2139
This is father, his num is: 1, his pid is: 2138

  从代码里面可以看出2者的pid不同，子进程改变了num的值，而父进程中的num没有改变。

总结：优点是子进程的执行独立于父进程，具有良好的并发性。缺点是两者的通信需要专门的通信机制，如pipe、fifo和system V等。有人认为这 样大批量的复制会导致执行效率过低。其实在复制过程中，子进程复制了父进程的task_struct，系统堆栈空间和页面表，在子进程运行前，两者指向同一页面。而当子进程改变了父进程的变量时候，会通过copy_on_write的手 段为所涉及的页面建立一个新的副本。因此fork效率并不低。

  二、vfork

  vfork函数创建的子进程完全运行在父进程的地址空间上，子进程对虚拟地址空间任何数据的修改都为父进程所见。这与fork是完全不同的，fork进程是独立的空间。另外一点不同的是vfork创建的子进程后，父进程会被阻塞，直到子进程执行exec（）和exit（）。如：

1. int main() {
   
2.         int num = 1;
   
3.         int child;
   
4.         if(!(child = vfork())) {
   
5.                 printf("This is son, his num is: %d. and his pid is: %d\n", ++num, getpid());
   
6.         } else {
   
7.                 printf("This is father, his num is: %d, his pid is: %d\n", num, getpid());
   
8.         }
   
9.    }

复制代码

运行结果为：This is son, his num is: 2. and his pid is:4139
This is father, his num is: 2, his pid is: 4138

从运行结果可以看到vfork创建出的子进程（线程）共享了父进程的num变量，这一次是指针复制，2者的指针指向了同一个内存

  总结：当创建子进程的目的仅仅是为了调用exec（）执行另一个程序时，子进程不会对父进程的地址空间又任何引用。因此，此时对地址空间的复制是多余的，通过vfork可以减少不必要的开销。

  三、clone

  函数功能强大，带了众多参数，因此由他创建的进程要比前面2种方法要复杂。clone可以让你有选择性的继承父进程的资源，你可以选择想vfork一样和 父进程共享一个虚存空间，从而使创造的是线程，你也可以不和父进程共享，你甚至可以选择创造出来的进程和父进程不再是父子关系，而是兄弟关系

int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg);

这里fn是函数指针，我们知道进程的4要素，这个就是指向程序的指针，就是所谓的“剧本", child_stack明显是为子进程分配系统堆栈空 间（在linux下系统堆栈空间是2页面，就是8K的内存，其中在这块内存中，低地址上放入了值，这个值就是进程控制块task_struct的 值）,flags就是标志用来描述你需要从父进程继承那些资源， arg就是传给子进程的参数）。

总结：

clone, fork, vfork实现方式

•    大致相同:
  
  • 系统调用服务例程sys_clone, sys_fork, sys_vfork三者最终都是调用do_fork函数完成.
    
    • do_fork的参数与clone系统调用的参数类似, 不过多了一个regs(内核栈保存的用户模式寄存器). 实际上其他的参数也都是用regs取的
      
    
    
• 区别在于:
  
  • clone:
    
    •     clone的API外衣, 把fn, arg压入用户栈中, 然后引发系统调用. 返回用户模式后下一条指令就是fn.
    •     sysclone: parent_tidptr, child_tidptr都传到了 do_fork的参数中
    •     sysclone: 检查是否有新的栈, 如果没有就用父进程的栈 (开始地址就是regs.esp)
      
  • fork, vfork:
    
    •     服务例程就是直接调用do_fork, 不过参数稍加修改
    •     clone_flags:
      
      •    sys_fork: SIGCHLD|0;
      •    sys_vfork: SIGCHLD| (clone_vfork | clone_vm)
        
    •     用户栈: 都是父进程的栈.
    •     parent_tidptr, child_ctidptr都是NULL.