linux创建新进程就分配空间,linux几种创建进程的方法
在Linux中主要提供了fork、vfork、clone三個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建方法。
在linux源碼中這三個(gè)調(diào)用的執(zhí)行過(guò)程是執(zhí)行fork(),vfork(),clone()時(shí)，通過(guò)一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用表映射到sys_fork(),sys_vfork(),sys_clone(),再在這三個(gè)函數(shù)中去調(diào)用do_fork()去做具體的創(chuàng)建進(jìn)程工作。
fork
fork創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程時(shí)，子進(jìn)程只是完全復(fù)制父進(jìn)程的資源，復(fù)制出來(lái)的子進(jìn)程有自己的task_struct結(jié)構(gòu)和pid,但卻復(fù)制父進(jìn)程其它所有的資源。例如，要是父進(jìn)程打開(kāi)了五個(gè)文件，那么子進(jìn)程也有五個(gè)打開(kāi)的文件，而且這些文件的當(dāng)前讀寫指針也停在相同的地方。所以，這一步所做的是復(fù)制。這樣得到的子進(jìn)程獨(dú)立于父進(jìn)程，
具有良好的并發(fā)性，但是二者之間的通訊需要通過(guò)專門的通訊機(jī)制，如：pipe，共享內(nèi)存等機(jī)制， 另外通過(guò)fork創(chuàng)建子進(jìn)程，需要將上面描述的每種資源都復(fù)制一個(gè)副本。這樣看來(lái)，fork是一個(gè)開(kāi)銷十分大的系統(tǒng)調(diào)用，這些開(kāi)銷并不是所有的情況下都是必須的，比如某進(jìn)程fork出一個(gè)子進(jìn)程后，其子進(jìn)程僅僅是為了調(diào)用exec執(zhí)行另一個(gè)可執(zhí)行文件，那么在fork過(guò)程中對(duì)于虛存空間的復(fù)制將是一個(gè)多余的過(guò)程。但由于現(xiàn)在Linux中是采取了copy-on-write(COW寫時(shí)復(fù)制)技術(shù)，為了降低開(kāi)銷，fork最初并不會(huì)真的產(chǎn)生兩個(gè)不同的拷貝，因?yàn)樵谀莻€(gè)時(shí)候，大量的數(shù)據(jù)其實(shí)完全是一樣的。寫時(shí)復(fù)制是在推遲真正的數(shù)據(jù)拷貝。若后來(lái)確實(shí)發(fā)生了寫入，那意味著parent和child的數(shù)據(jù)不一致了，于是產(chǎn)生復(fù)制動(dòng)作，每個(gè)進(jìn)程拿到屬于自己的那一份，這樣就可以降低系統(tǒng)調(diào)用的開(kāi)銷。所以有了寫時(shí)復(fù)制后呢，vfork其實(shí)現(xiàn)意義就不大了。
fork()調(diào)用執(zhí)行一次返回兩個(gè)值，對(duì)于父進(jìn)程，fork函數(shù)返回子程序的進(jìn)程號(hào)，而對(duì)于子程序，fork函數(shù)則返回零，這就是一個(gè)函數(shù)返回兩次的本質(zhì)。
在fork之后，子進(jìn)程和父進(jìn)程都會(huì)繼續(xù)執(zhí)行fork調(diào)用之后的指令。子進(jìn)程是父進(jìn)程的副本。它將獲得父進(jìn)程的數(shù)據(jù)空間，堆和棧的副本，這些都是副本，父子進(jìn)程并不共享這部分的內(nèi)存。也就是說(shuō)，子進(jìn)程對(duì)父進(jìn)程中的同名變量進(jìn)行修改并不會(huì)影響其在父進(jìn)程中的值。但是父子進(jìn)程又共享一些東西，簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是程序的正文段。正文段存放著由cpu執(zhí)行的機(jī)器指令，通常是read-only的。下面是一個(gè)驗(yàn)證的例子：
例１：fork.c
#include
#include
#include
#include
int main()
{
int a = 5;
int b = 2;
pid_t pid;
pid = fork();
if(pid == 0) {
a = a-4;
printf("I'm a child process with PID [%d],the value of a: %d,the value of b:%d.\n",pid,a,b);
}else if(pid < 0) {
perror("fork");
}else {
printf("I'm a parent process, with PID [%d], the value of a: %d, the value of b:%d.\n", pid, a, b);
}
return 0;
}
#gcc –o fork fork.c
#./fork
運(yùn)行結(jié)果：
I’m a child process with PID[0],the value of a:1,the value of b:2.
I’m a parent process with PID[19824],the value of a:5,the value of b:2.
可見(jiàn)，子進(jìn)程中將變量a的值改為１,而父進(jìn)程中則保持不變。
vfork
vfork系統(tǒng)調(diào)用不同于fork，用vfork創(chuàng)建的子進(jìn)程與父進(jìn)程共享地址空間，也就是說(shuō)子進(jìn)程完全運(yùn)行在父進(jìn)程的地址空間上，如果這時(shí)子進(jìn)程修改了某個(gè)變量，這將影響到父進(jìn)程。
因此，上面的例子如果改用vfork()的話，那么兩次打印a,b的值是相同的，所在地址也是相同的。
但此處有一點(diǎn)要注意的是用vfork()創(chuàng)建的子進(jìn)程必須顯示調(diào)用exit()來(lái)結(jié)束，否則子進(jìn)程將不能結(jié)束，而fork()則不存在這個(gè)情況。
Vfork也是在父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)，在子進(jìn)程中返回0。
用 vfork創(chuàng)建子進(jìn)程后，父進(jìn)程會(huì)被阻塞直到子進(jìn)程調(diào)用exec(exec，將一個(gè)新的可執(zhí)行文件載入到地址空間并執(zhí)行之。)或exit。vfork的好處是在子進(jìn)程被創(chuàng)建后往往僅僅是為了調(diào)用exec執(zhí)行另一個(gè)程序，因?yàn)樗筒粫?huì)對(duì)父進(jìn)程的地址空間有任何引用，所以對(duì)地址空間的復(fù)制是多余的 ，因此通過(guò)vfork共享內(nèi)存可以減少不必要的開(kāi)銷。下面這個(gè)例子可以驗(yàn)證子進(jìn)程調(diào)用exec時(shí)父進(jìn)程是否真的已經(jīng)結(jié)束阻塞：
例2：execl.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
pid_t pid;
int status;
pid = vfork();
if(pid == -1) {
perror("Fork failed to creat a process");
exit(1);
}
else if(pid == 0)
{
// sleep(3);
if(execl("/bin/example","example",NULL)<0)
{
perror("Exec failed");
exit(1);
}
exit(0);
// }else // if(pid != wait(&status)) {
// perror("A Signal occured before the child exited"); }
else
printf("parent process,the value of a :%d, b:%d, addr of a: %p,b: %p\n",a,b,&a,&b); exit(0); }
Example.c
#include
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
sleep(3);
printf("Child process,the value of a is %d,b is %d,the address a %p,b %p\n",a,b,&a,&b);
return 0;
}
#gcc –o execl execl.c #./ execl 運(yùn)行結(jié)果：
Child process ,The value of a is 1,b is 2,the address a 0xbfb73d90,b 0xbfb73d8c
如果將注釋掉的三行加入程序的話，由于父進(jìn)程wait()而阻塞，因此即使此時(shí)子進(jìn)程阻塞，父進(jìn)程也得不到運(yùn)行，因此運(yùn)行結(jié)果如下：
The value of a is 1,b is 2,the address a 0xbfb73d90,b 0xbfb73d8c
Parent process,the value of a:1,b:2,addr ofa:0xbfaa710c, b:0xbf aa7108
另外還應(yīng)注意的是在它調(diào)用exec后父進(jìn)程才可能調(diào)度運(yùn)行，因此sleep(3)函數(shù)必須放在example程序中才能生效。
clone
系統(tǒng)調(diào)用fork()和vfork()是無(wú)參數(shù)的，而clone()則帶有參數(shù)。fork()是全部復(fù)制，vfork()是共享內(nèi)存，而clone() 是則可以將父進(jìn)程資源有選擇地復(fù)制給子進(jìn)程，而沒(méi)有復(fù)制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則通過(guò)指針的復(fù)制讓子進(jìn)程共享，具體要復(fù)制哪些資源給子進(jìn)程，由參數(shù)列表中的 clone_flags來(lái)決定。另外，clone()返回的是子進(jìn)程的pid。下面來(lái)看一個(gè)例子：
例3：clone.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int variable,fd;
int do_something() {
variable = 42;
printf("in child process\n");
close(fd);
// _exit(0);
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[]) {
void *child_stack;
char tempch;
variable = 9;
fd = open("/test.txt",O_RDONLY);
child_stack = (void *)malloc(16384);
printf("The variable was %d\n",variable);
clone(do_something, child_stack+10000, CLONE_VM |CLONE_FILES,NULL);
sleep(3); /* 延時(shí)以便子進(jìn)程完成關(guān)閉文件操作、修改變量 */
printf("The variable is now %d\n",variable);
if(read(fd,&tempch,1) < 1) {
perror("File Read Error");
exit(1);
}
printf("We could read from the file\n");
return 0;
}
#gcc –o clone clone.c
#./clone
運(yùn)行結(jié)果：
the value was 9
in child process
The variable is now 42
File Read Error
從程序的輸出結(jié)果可以看出：
子進(jìn)程將文件關(guān)閉并將變量修改(調(diào)用clone時(shí)用到的CLONE_VM、CLONE_FILES標(biāo)志將使得變量和文件描述符表被共享)，父進(jìn)程隨即就感覺(jué)到了，這就是clone的特點(diǎn)。由于此處沒(méi)有設(shè)置標(biāo)志CLONE_VFORK，因此子進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)父進(jìn)程也不會(huì)阻塞，兩者同時(shí)運(yùn)行。
總結(jié)
一、fork
1. 調(diào)用方法
#include
#include
pid_t fork(void);
正確返回：在父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)，在子進(jìn)程中返回0
錯(cuò)誤返回：-1
2. fork函數(shù)調(diào)用的用途
一個(gè)進(jìn)程希望復(fù)制自身，從而父子進(jìn)程能同時(shí)執(zhí)行不同段的代碼。
二、vfork
1. 調(diào)用方法
與fork函數(shù)完全相同
#include
#include
pid_t vfork(void);
正確返回：在父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)，在子進(jìn)程中返回0
錯(cuò)誤返回：-1
2. vfork函數(shù)調(diào)用的用途
用vfork創(chuàng)建的進(jìn)程主要目的是用exec函數(shù)執(zhí)行另外的程序。
三、clone
1.調(diào)用方法
#include
int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack, int flags, void *arg);
正確返回：返回所創(chuàng)建進(jìn)程的PID，函數(shù)中的flags標(biāo)志用于設(shè)置創(chuàng)建子進(jìn)程時(shí)的相關(guān)選項(xiàng)，具體含義參看P25
錯(cuò)誤返回：-１
2.clone()函數(shù)調(diào)用的用途
用于有選擇地設(shè)置父子進(jìn)程之間需共享的資源
四、fork，vfork，clone的區(qū)別
1. fork出來(lái)的子進(jìn)程是父進(jìn)程的一個(gè)拷貝，即，子進(jìn)程從父進(jìn)程得到了數(shù)據(jù)段和堆棧段的拷貝，這些需要分配新的內(nèi)存；而對(duì)于只讀的代碼段，通常使用共享內(nèi)存的方式訪問(wèn)；而vfork則是子進(jìn)程與父進(jìn)程共享內(nèi)存空間, 子進(jìn)程對(duì)虛擬地址空間任何數(shù)據(jù)的修改同樣為父進(jìn)程所見(jiàn)；clone則由用戶通過(guò)參clone_flags
的設(shè)置來(lái)決定哪些資源共享，哪些資源拷貝。
2. fork不對(duì)父子進(jìn)程的執(zhí)行次序進(jìn)行任何限制，fork返回后，子進(jìn)程和父進(jìn)程都從調(diào)用fork函數(shù)的下一條語(yǔ)句開(kāi)始行，但父子進(jìn)程運(yùn)行順序是不定的，它取決于內(nèi)核的調(diào)度算法；而在vfork調(diào)用中，子進(jìn)程先運(yùn)行，父進(jìn)程掛起，直到子進(jìn)程調(diào)用了exec或exit之后，父子進(jìn)程的執(zhí)行次序才不再有限制；clone中由標(biāo)志CLONE_VFORK來(lái)決定子進(jìn)程在執(zhí)行時(shí)父進(jìn)程是阻塞還是運(yùn)行，若沒(méi)有設(shè)置該標(biāo)志，則父子進(jìn)程同時(shí)運(yùn)行，設(shè)置了該標(biāo)志，則父進(jìn)程掛起，直到子進(jìn)程結(jié)束為止。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的linux创建新进程就分配空间,linux几种创建进程的方法的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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