混淆 fork() 系统调用

Question

我使用 fork() 创建了一个父进程和一个子进程，它们共享一个名为“ptr”的内存地址。但是由于程序的一个输出，我感到困惑：

1) ptr 的地址：123456 注意：父母和孩子的地址相同，所以如果一个进程改变了这个地址，它也应该反映到另一个进程，因为地址是相同的。

2) 父级：*ptr=44

3) 孩子：*ptr=33

4) 打印值： 父级仍然保留旧值： printf("ptr = %d",*ptr); // 输出：仍然是 44，exp 是 33 Child 打印 33，即预期值。 printf("ptr = %d",*ptr);//打印33个罚款

问题1) 谁能告诉我，价值观有何不同？虽然父子的指针地址是一样的？

Question2) 我正在开发一个内存泄漏工具，它提供双重释放，错误，因为它看到父级和子级释放相同的地址。但是，正如我们所见，这不是双重免费的情况。如何排序这个问题？由于该工具看到的父母和孩子的内存地址是相同的地址吗？

P.S: 请看下面的代码 sn-p:

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <cstdlib>
int main()
{
 int pid, *ptr
 ptr=(int*)malloc(sizeof(int));
 *ptr=33; // Parent keeps the data as 33, before forking.

 if(pid==0){*ptr=44;} // Child modifies data, which is ignored by parent

 // Now we print the memory address and the value both by child and parent
  if(pid==0)
  {
    printf("Child data: %u\n",*ptr);
    printf("Child address: %u\n",ptr);
  }
  if(pid>0)
  {
    printf("Parent data: %u\n",*ptr);
    printf("Parent address: %u\n",ptr);
  }
}

输出： 儿童数据：44 孩子地址：123456

父数据：33（怎么还是旧值？） 父地址：123456（为什么地址相同但数据与子不同？）

Answer 1

即使您将内存视为具有单独地址的大型缓冲区，它还有更多内容。

上述观点对于物理内存来说已经足够了，但是现代处理器包括一个 MMU 芯片（内存管理单元），这个芯片将物理内存的页面映射到虚拟内存。当给定系统上没有足够的物理内存供正在运行的程序使用时，虚拟内存还用于将（虚拟）内存地址映射到磁盘（交换）。

在用户空间运行C程序（甚至是用汇编程序编写的程序）时，您访问的是虚拟内存，地址是虚拟内存的地址。为了让编译器和程序加载器保持简单，在现代操作系统上，每个进程都有自己独立的内存地址空间，并且地址空间彼此之间不相关（就像每个进程都可以访问机器的整个内存空间一样）。当然，如果进程访问的某些虚拟内存页面没有映射到物理内存（或交换到磁盘），这将导致“分段错误”。

当使用 fork 创建一个进程时，父进程的内存空间在子进程中是重复的（即：对于两个进程来说，相同的数据位于相同的虚拟地址）。在分叉之后，当内存在一个进程中更改而不在另一个进程中更改时，它们将发散。实际的机制稍微复杂一些，它通常是写时复制，每当在内存页面上执行修改时，都会完成该页面的副本，如果没有进行任何更改，则两个进程可以访问相同的物理内存进行读取.这解释了在子进程的父进程中更改值时您会看到什么：您看到要么是在分叉之前放置的（两个进程之间通用），要么是在分叉之后更改的不同值。

要使进程相互通信，您必须使用一些通信层（套接字、文件、管道、共享内存等）。并且不要相信使用共享内存与其他方法相比特别简单甚至更快，这是不正确的。

顺便说一下，这就是进程和线程之间的区别。每个进程都有自己的内存，而线程共享相同的内存空间。您认为适用于进程（由 fork 创建）的内容基本上适用于线程。

共享内存空间也基本上适用于内核级编程，但无论如何 fork 都不可用。

Answer 2

if(pid==0){*ptr=44;} // Child modifies data, which is ignored by parent

问题1) 谁能告诉我，这些值有何不同？虽然父子的指针地址是一样的？

这就是整个想法。它们可能具有相同的地址，但这些地址是virtual。每个进程都有自己的地址空间。 fork() 所做的是创建一个新进程，并使其虚拟内存布局看起来像父进程。

请参阅Wikipedia article on page tables 和类似主题，了解其工作原理的一些说明。

-- （后面很长）--

fork() 通常发生的情况是父子页表都设置为将页面标记为只读。当某个位置发生写入指令时，内核会得到一个page fault，CPU 会在内存访问错误时生成它。内核将为被困进程分配新内存，通过操作页表将其映射到正确的地址，将旧缓冲区复制到新分配的缓冲区，然后继续写入。这称为copy-on-write。这使得初始分叉更快，并降低了两个进程都没有写入的页面的内存消耗。

上一段只是对fork编程模型的优化。他们说早期的 Unix 并没有这样做——它对整个过程进行了完整的内存复制。我还听说 Cygwin 的 fork() 做了一个完整的副本。

但虚拟地址与内存的物理地址无关。 CPU 使用它作为页表的“键”，它定义了实际内存的位置。页表也可能表明该页无效，在这种情况下，内核有机会进行“修复”（执行写时复制、从交换空间中调用该页等）或终止进程合法无效的指针访问的情况。

Answer 3

您误解了在类 Unix 系统中内存是如何工作的：父子内存是独立的。如果你想让他们通信，你可以设置explicitly shared memory，或者IPC。