研究一下 fork 的原理，而且還有 vfork 的一些使用場景

筆者一直試圖從最基本的原理上去理解（甚至嘗試原理性設計）一個服務器的架構，爲此提出了一些問題。此外，筆者對 異步 I/O 也有很多學習。從幾個方面學習了 vfork() 的用法。

本文純粹記錄一下。不過不一樣於其餘資料的大段代碼，本文更多地用文字和排版來儘量清晰地說明。

本文地址：http://www.javashuo.com/article/p-suwxuwld-cq.html

Reference:

linux網絡編程之socket（四）：使用fork併發處理多個client的請求和對等通訊p2p
fork和vfork的區別

fork 和 vfork

fork() 應該說是 UNIX 和類 UNIX 系統中最古老和最原始的建立子進程的系統調用了。甚至能夠說，fork 不只僅是建立子進程，而更多的是建立進程的主要手段。除了 init 進程以外，因此進程都是從 init 派生出來的。不少進程均可以是由 init 或者是 bash 的子進程，但這種狀況下，咱們已經不把它們做爲子進程來看待了。

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fork( )

簡單一句話，fork()的作法就是拷貝父進程的上下文，而後再從父進程中分離出來。其實可能大部分程序員對 fork() 的用法是：建立子進程，而後父子進程使用 pipe 通訊。

fork 複製的上下文與父進程的關係

在實際使用中，確實就按照上文而言，fork() 以後的子進程對父進程是拷貝關係。也就是說，子進程對大多數變量的操做，都是不會影響父進程的。

可是文件描述符等涉及操做系統層面的全局資源須要注意：這些僅僅是上下文在內存中的位置不一樣，可是它們底層所指向的資源是共享的，操做時須要注意。不過事實上，這也是父子進程使用 pipe 互相通訊的原理基礎。

fork 複製上下文的原理

我被問過一個問題：「fork() 調用時要拷貝上下文，這麼作在大進程中調用的時候是否是效率很低？」

Linux 做爲開源運動的集大成之做，顯然不會那麼蠢。事實上，調用 fork 以後，Linux 不會當即複製上下文，而是須要時才複製。因此咱們能夠放心效率和內存佔用。不過有一個例外，下文會很快說到。

至於 Linux 實現這一過程的原理，下面是個人推測，若是不對，請讀者指出——

現代操做系統依賴於一個很重要的技術，就是內存映射，這須要硬件 CPU 支持 MMU。一個進程看到的內存地址，實際並非 RAM 的實際內存偏移值。操做系統會將進程實際使用的內存地址值映射到實際的硬件 RAM 中。若是系統強行或者意外訪問了映射表中未註冊的地址值區間，那麼硬件 MMU 模塊會發出一個底層硬件中斷。操做系統監聽這個中斷，就能夠知道發生了非法內存訪問，也就是segmentation fault。

有了 MMU 這麼強大的東西，怎麼不用呢？fork 以後，對於那些子進程尚未使用到的父進程內存內容，操做系統能夠先放一放，不急着在內存中建立副本。若是子進程處理中出現了越界訪問，那麼操做系統徹底能夠判斷一下該內存是否父進程的內存內容。若是不是，則拋出段錯誤；若是是，就複製內存內容而且建立內存映射——這就是子進程真正複製父進程內容的時刻。

至於程序段？那是隻讀內容，壓根不用拷貝，共享同一段實際內存就好了。

因此就像前文所說，咱們不用擔憂子進程的內存浪費問題。可是例外的狀況就是：好比進程 A fork 了子進程 B，子進程 B 的實際內存使用不多，於是增長的實際內存很少。可是一旦進程 A 退出了，那麼進程 A 所佔有的那些內存不能回收呀，由於操做系統咋知道進程 B 要不要使用 A 的內存內容？

換句話說，調用 fork() 的進程仍是儘可能節省內存，或者說盡可能即用即還。

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vfork( )

首先：
vfork 與 fork 最大的區別是：子進程與父進程共享相同的內存空間。換句話說，子進程對全部變量的操做，都會直接影響父進程——而這也就是不少人忌憚 vfork 的緣由。爲了不這樣的操做，vfork 有一個額外的與 fork 的不一樣：

其次：
vfork 以後獲得的子進程，能夠保證在調用 exit 或者 exec 系列調用以前，父進程都不會被執行。這是一個很是重要的特性，上述的兩個特性，也就引出了 vfork 的應用場景。

Shell 調用系統命令

這裏主要是應用了上文提到的第二個特性。詳情請見我之前的文章。

跨進程計數

這源於我最近看的某個代碼中的一個功能，那就是對各個進程中某個操做進行計數（也就是++）。

這個時候 vfork 就派上用場了。但要注意，由於上面提到的 vfork 的隱患在，所以這很是考驗程序設計藝術……呃，原本想要多寫一些的，可是實際上，這樣的一個場景，要怎麼設計、怎麼實現，還沒好好思考好好考慮……因此先把思路放在這兒，繼續好好學習吧。

（啥？進程互斥？放心，++ i 是一個原子操做，只須要一條機器指令就能夠完成，不用考慮互斥）