在 Unix 中调用 fork() 会发生什么？答案

【问题标题】：What Happens When I Call fork() in Unix?在 Unix 中调用 fork() 会发生什么？
【发布时间】：2011-11-19 06:55:29
【问题描述】：

我尝试查找此内容，但在调用 fork() 后，我正在努力理解父进程和子进程之间的关系。

它们是完全独立的进程，仅由 id/parent id 关联吗？还是他们共享记忆？例如，每个进程的“代码”部分 - 是重复以便每个进程都有自己的相同副本，还是以某种方式“共享”以便只有一个存在？

我希望这是有道理的。

以完全披露的名义，这是“与作业相关的”；虽然不是书中的直接问题，但我觉得这主要是学术性的，在实践中，我可能不需要知道。

【问题讨论】：

要考虑的一件事：如果您并行执行同一个程序两次（例如，您有两个 vim 会话），这两个进程将（可能）共享相同的代码段，无论它们是否有父子关系。

标签： c unix fork process

【解决方案1】：

在进程看来，整个内存都是重复的。

实际上，它使用“写时复制”系统。任何一个进程在 fork() 之后第一次更改其内存时，都会对修改后的页面（通常为 4kB）制作一个单独的副本。

通常进程的代码段不会被修改，在这种情况下它仍然是共享的。

【讨论】：

+1 不错。您能否详细说明调用setsid() 时会发生什么？代码分段？
我对setsid()不是很熟悉，但我认为它不会影响写时复制功能。
setsid 与内存无关。

【解决方案2】：

从逻辑上讲，分叉会创建与原始进程相同的副本，该副本在很大程度上独立于原始进程。出于性能原因，内存使用写时复制语义共享，这意味着未修改的内存（例如代码）保持共享。

文件描述符是重复的，因此分叉的进程原则上可以代表父进程接管数据库连接（或者如果程序员有点扭曲，它们甚至可以与数据库共同通信）。更常见的是，这用于在进程之间设置管道，以便您可以编写find -name '*.c' | xargs grep fork。

还有很多其他的东西是共享的。详情请见here。

一个重要的遗漏是线程——子进程只继承了调用fork()的线程。这会给多线程程序带来无穷无尽的麻烦，因为在父进程中锁定的互斥锁等的状态是特定于实现的（不要忘记malloc() 和printf() 在内部使用锁）。在fork() 返回后，孩子唯一安全的事情是尽快调用execve()，即使那样你也必须小心文件描述符。有关完整的恐怖故事，请参阅 here。

【讨论】：

请注意，省略线程不是 POSIX 中的设计缺陷，而是“复制”进程概念的基本限制。每个锁都有一个所有者，那么在复制之后，谁应该拥有它？这对于进程本地互斥体可能无关紧要（父进程和子进程都可能最终得到一个副本，每个副本都由相应的线程拥有）但是进程共享互斥体呢？同样的问题也适用于 pre-pthreads 同步对象（文件锁等）和fork。基本上，forking 在不知道你的整个程序做了什么的情况下的想法是无法修复的。

【解决方案3】：

它们是独立的进程，即子进程和父进程将具有不同的 PID
子级将从父级继承所有打开的描述符
在内部，与 .text 区域不同，可以修改的页面（即堆栈/堆区域）将在父项和子项之间共享，直到其中一个尝试修改内容。在这种情况下，将创建一个新页面，并将特定于被修改页面的数据复制到这个新分配的页面，并映射到与导致更改的页面相对应的区域 - 可以是父或子。这称为 COW（上面论坛中的其他成员在他们的回答中提到过）。
子进程可以完成执行，直到父进程使用 wait() 或 waitpid() 调用将其回收，才会处于 ZOMBIE 状态。这将有助于从进程表中清除子进程条目，并允许重用子 pid。通常当一个子进程死亡时，SIGCHLD 信号会发送给父进程，理想情况下会导致调用一个处理程序，然后在该处理程序中执行 wait() 调用。
如果父进程在没有清理已经运行或僵尸子进程的情况下退出（通过 wait() waitpid 调用），init() 进程 (PID 1) 将成为这些现在孤儿进程的父进程。此 init() 进程定期执行 wait() 或 waitpid() 调用。

编辑：错别字高温

【讨论】：

【解决方案4】：

是的，它们是独立的进程，但具有一些特殊的“属性”。其中之一是父子关系。

但更重要的是以写时复制 (COW) 方式共享内存页面：直到其中一个在页面上执行写入（对全局变量或其他），内存页面是共享的。执行写入时，内核会创建该页面的副本并映射到正确的地址。

COW 魔法是在内核中通过将页面标记为只读并使用故障机制来完成的。

【讨论】：