如何正确地使用vfork()：簡析vfork()與fork()的不同

今天看到知乎上有人問了一個由于不恰當的使用vfork()而導緻的一個奇怪現象，底下的回答非常精彩。趁此機會我也仔細了解了一下vfork()的特性。

其實對vfork()最完備、權威的表述莫過于man手冊裡面的解釋了。

簡單的說，vfork()跟fork()類似，都是建立一個子程序，這兩個函數的的傳回值也具有相同的含義。但是vfork()建立的子程序基本上隻能做一件事，那就是立即調用_exit()函數或者exec函數族成員，調用任何其它函數（包括exit()）、修改任何資料（除了儲存vfork()傳回值的那個變量）、執行任何其它語句（包括return）都是不應該的。此外，調用vfork()之後，父程序會一直阻塞，直到子程序調用_exit()終止，或者調用exec函數族成員。

關于如何正确使用vfork()，上面這一段就是全部了。但是為什麼vfork()會這樣呢？ 其實vfork()和fork()之間隻有兩點不同：

1. fork()會複制父程序的頁表，而vfork()不會複制，直接讓子程序共用父程序的頁表；
2. fork()使用了寫時複制技術，而vfork()沒有，它任何時候都不會複制父程序位址空間。

即使算上vfork()會阻塞父程序而fork()不會，也隻有三點不同，沒有更多不同了。是以vfork()産生的子程序跟父程序完全共同使用同一個位址空間，甚至共享同一個函數堆棧！也就是子程序中對任何資料變量的修改，不管是局部的還是全局的，都會影響到父程序。而任何一個函數調用都會修改棧空間，這就是為什麼vfork()的子程序不能随便調用别的函數。

但需要注意的是，由于vfork()畢竟還是産生一個新的程序，是以子程序擁有自己的程序描述符，擁有自己的寄存器，最重要的是，擁有自己的打開檔案清單！

注意擁有自己的打開檔案清單非常重要，因為如果子程序隻是簡單地共用父程序的打開檔案清單，那麼當子程序調用_exit()退出時，_exit()内部會自動關閉目前程序打開的所有檔案描述符，也就是打開檔案清單裡面的檔案，這将導緻父程序恢複執行時，無法通路到自己之前已經打開過的檔案，包括标準輸入、标準輸出和标準錯誤輸出。所幸的是這永遠不會發生，子程序會複制父程序的打開檔案清單，并增加檔案引用計數。

那為什麼vfork()子程序中可以調用_exit()，卻不可以調用exit()，也不可以直接return呢？

exit()是對_exit()的封裝，它自己在調用_exit()前會做很多清理工作，其中包括重新整理并關閉目前程序使用的流緩沖（比如stdio.h裡面的printf等），由于vfork()的子程序完全共享了父程序位址空間，子程序裡面的流也是共享的父程序的流，是以子程序裡面是不能做這些事的。

直接return就更不行了，子程序return以後，會從目前函數的外部調用點後面繼續執行，這後面子程序可能将會執行很多語句，結果就沒法預料了。

最後看一段程式，如果了解了這段程式，那麼對vfork()的了解基本上就沒什麼大問題了：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

void stack1() {
    vfork();
}

void stack2() {
    _exit(0);
}

int main() {

    stack1();

    printf("%d goes 1\n", getpid());
    stack2();

    printf("%d goes 2\n", getpid());
    return 0;
}
           

如果父程序pid為1000，子程序pid為1001，那麼輸出将會是：

1001 goes 1

1000 goes 2