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前言
fork函数
fork函数返回值
写时拷贝
fork常规用法
fork调用失败的原因
fork面试题
后记 前言
之前我们在进程基本概念中讲述过fork可以创建子进程请在《探秘Linux》专栏中查看但是我们只是大概讲述了一下它的功能和大致原理算作是初识本篇将更为详细的讲述它的用法——创建进程 fork函数
在linux中fork函数时非常重要的函数它从已存在进程中创建一个新进程。新进程为子进程而原进程为父进程。
在我们想要使用fork函数时注意一下几点
#include unistd.h//记得包头文件pid_t fork(void);//fork函数的返回值是pid_t注意转化返回值子进程中返回0父进程返回子进程id出错返回-1 进程调用fork函数以后内核做了什么
分配新的内存块和内核数据结构给子进程将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程添加子进程到系统进程列表当中fork返回开始调度器调度
如下图 当一个进程调用fork之后就有两个二进制代码相同的进程。而且它们都运行到相同的地方。但每个进程都将可以开始它们自己的旅程我们来测试一下~
#include stdio.h
#include unistd.hint main( void )
{pid_t pid;printf(Before: pid is %d\n, getpid());if ( (pidfork()) -1 )perror(fork()),exit(1);printf(After:pid is %d, fork return %d\n, getpid(), pid);sleep(1);return 0;
}运行结果 这里看到了三行输出
一行before两行after。
进程4863先打印before消息然后它有打印after。
另一个after消息有4864打印的。
注意到进程4864没有打印before
为什么呢如下图所示 所以fork之前父进程独立执行fork之后父子两个执行流分别执行。注意fork之后谁先执行完全由调度器决定。
fork函数返回值
子进程返回0父进程返回的是子进程的pid
写时拷贝
通常父子代码共享父子再不写入时数据也是共享的当任意一方试图写入便以写时拷贝的方式各自一份副本。具体见下图: fork常规用法
一个父进程希望复制自己使父子进程同时执行不同的代码段。例如父进程等待客户端请求生成子进程来处理请求。一个进程要执行一个不同的程序。例如子进程从fork返回后调用exec函数
fork调用失败的原因
系统中有太多的进程进程太多可能就没有多余的内存来创建进程了进而导致fork调用失败。实际用户的进程数超过了限制
fork面试题
请你描述一下folk创建子进程操作系统都做了什么
我们推一下fork创建子进程也就是说系统里多了一个进程。进程等于内核数据结构加进程代码和数据而进程代码和数据一般从磁盘中来。也就是你的c或c程序加载之后的结果。那么我们再倒退回去folk创建子进程操作系统就会从磁盘中加载c或c程序加载之后的结果然后同时创建内核数据结构包括地址空间、页表等进而形成一个新的进程。
fork之后子进程是否能够使用父进程的全部代码
创建子进程给子进程分配对应的内核结构。必须子进程自己独有了这是因为进程具有独立性理论上子进程要有自己的代码和数据。可是一般而言我们没有加载的过程也就是说子进程没有自己的代码和数据所以子进程只能使用父进程的代码数据。但是代码都是不可被写的只能读取所以父子共享没有问题但是数据可能被修改的所以必须分离。
但是我们还没有说到一个问题子进程代码共享。是否是所有的还是只是说fork之后的?
实际上我们的代码汇编之后会有很多行代码而且每行代码加载到内存之后都有对应的地址因为进程随时可能被中断可能并没有执行完就中断了下次回来还必须从之前的位置继续运行。就要要求 CPU必须随时记录下当前进程执行的位置所以CPU内有对应的寄存器数据用来记录当前进程的执行位置。我们之前讲过寄存器在CPU内只有一份寄存器的数据是可有多份的这个寄存器数据也就是进程的上下文。那么这个进程的上下文数据要不要给子进程呢答案是要的虽然复制进程各自调的各自会修改EIP程序计数器但是已经不重要了因为子进程已经认为自己的EIP其实值就是fork之后的代码它必须共享所有的代码。
操作系统为何要选择写时拷贝技术对父子进程进行分离
总结起来是两点
一、用的时候再给你分配是高效使用内存的一种表现。
二、操作系统无法在代码执行前预知哪些空间会被访问
展开谈谈
试想一下对于数据而言创建进程的时候就直接拷贝分离。是不是会浪费内存可能拷贝子进程根本就不会用到的数据空间即便是用到了也可能只是读取而我们创建子进程不需要将不会被访问的或者只会读取的数据拷贝一份。
但是什么数据值得拷贝呢将来会被父或子进程写入的数据。但是一般而言即便是操作系统也无法提前知道哪些空间可能会被泄露而且就算提前拷贝了也不一定会立马使用。所以操作系统选择了写时拷贝技术来进行将父子进程的数据进行分离。写时拷贝是一种延迟申请技术它可以提高整机内存的使用率的同时也完成了进程独立性的技术保证。 后记
本篇我们较为详细的讲述了fork函数的使用以及它的相关原理请结合进程概念那篇博客一起食用~
