fork()函數 —— 父子進程資源

fork（）函數功能——建立新進程

一、父子進程有獨立的數據段、堆、棧，共享代碼段

　　Linux中每一個進程都有4G的虛擬地址空間（獨立的3G用戶空間和共享的1G內核空間），fork()建立的子進程也不例外。子進程資源的由來：

　　一、1G內核空間既然是全部進程共享，所以fork()建立的子進程天然也將擁有；

　　二、3G的用戶空間是從父進程進程而來。

　　fork()建立子進程時繼承了父進程的數據段、代碼段、棧段、堆，注意從父進程繼承來的是虛擬地址空間，同時也複製了頁表（沒有複製物理塊）。所以，此時父子進程擁有相同的虛擬地址，映射的物理內存也是一致的（獨立的虛擬地址空間，共享父進程的物理內存）。

　　因爲父進程和子進程共享物理頁面，內核將其標記爲「只讀」（相似mmap）的private的方式），父子雙方均沒法對其修改。不管父進程和子進程什麼時候試圖對一個共享的頁面執行寫操做，就產生一個錯誤，這時內核就把這個頁複製到一個新的頁面給這個進程，並標記爲可寫，同時修改頁表，把原來的只讀頁面標記爲「可寫」，留給另一個進程使用——寫時複製技術。

　　注意：內核在爲子進程分配物理內存時，並無將代碼段對應的數據另外複製一份給子進程，最終父子進程代碼段映射的是同一塊物理內存（代碼段在單個進程內部原本就是隻讀的）。　　

　　每一個進程的虛擬地址空間均可以是0到4G，只不過其中只有一部分有權訪問，每一個進程能夠有不一樣的映射。兩次運行同一個程序就是使用的相同的虛擬地址，可是映射到的物理地倒是不同的。每一個進程都有本身的虛擬地址空間，不一樣進程的相同的虛擬地址顯然能夠對應不一樣的物理地址。所以地址相同（虛擬地址）而值不一樣沒什麼奇怪。

寫時複製技術參見：http://www.cnblogs.com/wuchanming/p/4495479.html

二、一次調用兩次執行

　　參見：http://blog.csdn.net/shenwansangz/article/details/39184789

三、 競爭條件

　　Linux是一個多用戶操做系統,在同一時間會有許多的用戶在爭奪系統的資源.有時進程爲了早一點完成任務就建立子進程來爭奪資源. 一旦子進程被建立,父子進程一塊兒從fork處繼續執行,相互競爭系統的資源.有時候咱們但願子進程繼續執行,而父進程阻塞,直到子進程完成任務.這個時候咱們能夠調用wait或者waitpid系統調用.

　　對子進程來講，fork返回給它0,但它的pid絕對不會是0；之因此fork返回0給它，是由於它隨時能夠調用getpid()來獲取本身的pid；fork以後父子進程除非採用了同步手段，不然不能肯定誰先運行，也不能肯定誰先結束。認爲子進程結束後父進程才從fork返回的，這是不對的，fork不是這樣的，vfork才這樣。

四、fork以後跟隨exec

　　fork（）會產生一個和父進程徹底相同的子進程，但子進程在此後多會exec系統調用，出於效率考慮，linux中引入了「寫時複製「技術，也就是隻有進程空間的各段的內容要發生變化時，纔會將父進程的內容複製一份給子進程。因爲寫時複製，在fork以後exec以前兩個進程有獨立的虛擬地址空間，共享物理內存。只有其中一方須要寫操做時，再爲子進程的數據段、棧、堆分配物理空間。但在子進程上調用exec時，會清空棧、堆，以及和父進程共享的空間，從新加載新的代碼段，這樣避免了「寫時複製」拷貝共享頁面的機會，父進程也同時獨自擁有了原來共享的物理內存（可對其讀寫操做）。

　　fork出來子進程以後，父子進程哪一個先調度直接決定了是否須要拷貝的問題？內核通常會先調度子進程，由於不少狀況下子進程是要立刻執行exec，而避免無用的複製。若是父進程先調度極可能寫共享頁面，會產生「寫時複製」的無用功。因此，通常是子進程先調度滴。

　　在網上看到還有個細節問題就是，fork以後內核會經過將子進程放在隊列的前面，以讓子進程先執行，以避免父進程執行致使寫時複製，然後子進程執行exec系統調用，因無心義的複製而形成效率的降低。

　　若是不是由於exec，子進程執行時極可能修改內存，內核會給子進程的數據段、堆棧段分配相應的物理空間（至此二者有各自的進程空間，互不影響），而代碼段繼續共享父進程的物理空間（二者的代碼徹底相同）。而若是是由於exec，因爲二者執行的代碼不一樣，子進程的代碼段也會分配單獨的物理空間。

 

五、fork（）函數的實現過程

　　http://blog.csdn.net/shenwansangz/article/details/39184789