在Linux中，當我們需要建立一個程序的時候，常常會用到fork()函數，以及它的姐妹函數vfork()，下面我們就來談一下這兩個函數分别是在幹什麼。
fork函數
fork函數是最常用的程序建立的函數，它從一個已知的程序中建立一個新的程序，新程序即為子程序，原來的程序即為父程序。函數基本的用法如下
pid_t pid=fork();
if(pid < )
{
//程序建立失敗
perror("fork");
return -;
}
else if(pid == )
{
//pid==0為子程序
printf("child");
}
else
{
//pid>0為父程序，此時的pid表示的是從傳回到父程序的子程序的pid
printf("parent");
}
對于fork來說，關于傳回值的問題上面的代碼已經說明清楚了。需要注意的是如果fork調用失敗，可能是有兩種原因
- 記憶體不夠多了
- 系統中的程序數量已經達到上限
接下來我們來看一下它在記憶體中是如何表示的。首先需要說明一下的是，fork出來的父子程序，共享一份代碼，但各自有一份資料，代碼和資料是寫時拷貝的。
每一個程序都有各自的PCB（在Linux下即為task_struct），每一個PCB中都有一個指向頁表的指針，頁表再對應映射在實體位址上。關于fork出來的程序，父子程序雖然代碼一樣，但是他們各自的頁表對應的是不同的實體位址，是以對于資料而言各有一份，并且這些資料和代碼是寫時拷貝的。
什麼是寫時拷貝
也就是說，fork出來的子程序，父程序希望将代碼和資料原封不動的拷貝過去，這可能是一個很耗時的事情，如果子程序隻執行了一件事，比如說進入子程序立即調用exec函數進行程式替換，那麼之前拷貝的所有代碼和資料都是白費工夫。是以引入了寫時拷貝，即在子程序建立的時候，并不立即拷貝父程序中所有的内容，而是在要用的時候才回去拷貝，這樣就大大提高了效率。
怎麼了解資料是各有一份的
先來看看下面的代碼
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
int glob=;
int main()
{
pid_t pid=fork();
if(pid > )//parent
{
printf("parent glob %d\n",glob);
}
else if(pid == )//child
{
glob=;
printf("child glob %d\n",glob);
}
else//調用失敗
{
perror("fork");
exit();
}
return ;
}
這裡我們有一個全局變量glob，在父程序中我們直接輸出它，在子程序我們變動了glob的值并輸出它，那麼我們來看一下輸出結果
子程序輸出的是200，父程序輸出的100，那麼既然是全局變量，為何兩者輸出的值會是不同的呢？那是因為他們的資料是各自有一份的，子程序修改了自己的資料，并不影響父程序的資料的值，因為他們對應的是不同的實體位址空間。
關于父子程序誰先執行的問題
父子程序誰先執行取決于作業系統排程器，每個人的系統不一樣可能就不一樣，這并不是固定的。
子程序繼承了父程序的PC指針，從fork的地方繼續執行
關于這個問題，我們可以來看下面的代碼
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int i;
for(i=;i<;++i)
{
int pid=fork();
if(pid>)
{
printf("father=%d,childpid=%d||",getpid(),pid);
}
else if(pid==)
{
printf("child=%d||",getpid());
}
else
{
perror("fork");
}
}
printf("END\n");
return ;
}
我們先來看下結果再來說明問題
具體地怎麼執行怎麼輸出的如下圖
再通過一段代碼來簡單地看一下上段代碼中有’\n’和沒有’\n\的差別。
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int i;
for(i=;i<;++i)
{
int pid=fork();
if(pid>)
{
printf("#");
}
else if(pid==)
{
printf("@");
}
else
{
perror("fork");
}
}
return ;
}
讓父程序輸出#，讓子程序輸出@，結果如下
這個是沒有’\n’的測試代碼和結果，總共輸出了4個#，4個@。下面來看下有’\n’的代碼和結果
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int i;
for(i=;i<;++i)
{
int pid=fork();
if(pid>)
{
printf("#\n");
}
else if(pid==)
{
printf("@\n");
}
else
{
perror("fork");
}
}
return ;
}
這就隻有3個#，3個@了，具體的原因之前的那張分析圖中都有講解到。
vfork函數
關于vfork函數，實際上用的不多。它相對于fork函數主要有幾點不同
- vfork出的子程序一定必父程序先執行，在子程序被調用exec或exit之後父程序才有可能被執行
- vfork出的子程序和父程序共享位址空間，而fork的子程序具有獨立的位址空間。
關于vfork，需要注意幾個地方
- 子程序不應該用return傳回，否則會産生邏輯混亂的重複vfork
-
vfork誕生的原因是因為它沒有給子程序開辟新的位址空間，而是直接共享了父程序的，當然不是希望子程序做和父程序一樣的事，是以vfork出的子程序一般來說建立後立即執行exec函數進行程式替換，在子程序退出或開始新程序之前，核心保證父程序處于阻塞狀态。
關于vfork共享位址空間和fork重新建立一塊位址空間，用之前的代碼來解釋一下，隻不過用的是 vfork
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
int glob=;
int main()
{
pid_t pid=vfork();
if(pid > )//parent
{
printf("parent glob %d\n",glob);
}
else if(pid == )
{
glob=;
printf("child glob %d\n",glob);
exit();
}
else
{
perror("vfork");
exit();
}
return ;
}
在子程序中修改全局變量glob的值，看到如下結果
父程序中的glob的值也變成了子程序中修改的值，這是因為父子程序是共享一塊位址空間的，這與fork顯然是不同的。