学习笔记-fork函数(一)

柔光的暖阳◎ 2023-07-06 09:56 4阅读 0赞

一.进程复制

*  fork建立了父进程的唯一完整副本，作为子进程执行。
 *  vfork 类似于fork 函数，与父进程共享地址空间，并不创建副本

二.写时复制

*  内核采用了写时复制技术，以防止fork执行时将父进程的所有数据复制到子进程
 *  在早期的fork函数中，内核对于父进程的每个内存页，都会为子进程创建一个相同的副本。这样会使用了大量内存，复制操作耗费了很长时间。
 *  内核通过子进程和父进程共享同一内存块，只有当对于子进程的段进行写入的时候，再为子进程进行分配

原理:

*  fork()之后，内核把父进程的所有内存页都设为只读，把子进程的地址空间指向父进程。当父子进程都只读内存，相安无事。当进程写内存，触发缺页中断，内核会把触发异常的页复制一份，父子进程都拥有一份

好处

*  可减少分配和复制大量资源带来的延时。
 *  减少不必要的资源分配。fork之后并不是所有的页都需要复制。

缺点

*  fork之后，父子进程都还需要继续进行写操作，会产生大量的分页错误

三.fork函数都做了什么?

*  fork.vfork 系统调用的入口分别是`sys_fork,sys_vfork`函数
 *  asmlinkage int sys\_fork(struct pt\_reges regs)  
    \{  
    return do\_fork(SIGCHLD,regs,esp,&regs,0,NULL,NULL);  
    \}
 *  do\_fork的流程  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RyZWFtMDEzMF9f_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
    do\_fork通过调用copy\_process开始，后者执行生成新进程的实际工作，并根据指定的标志重用父进程的数据

但在子进程生成之后，内核必须执行下列收尾操作:

*  由于fork要返回新进程的PID，因此必须获得PID。如果设置CLONE\_NEWPID标志，需要调用task\_pid\_nr\_ns获取新进程的PID，不然我们只需要调用task\_pid\_vnr获取局部的PID即可，因为新旧进程都在同一个命名空间中。
 *  nr = (clone\_flags & CLONE\_NEWPID) ? task\_pid\_nr\_ns(p,current->nsproxy->pid\_ns) : task\_pid\_var ( p )
 *  wake\_up\_new\_task 将task\_struct 添加到调度器队列。
 *  如果使用vfork机制，必须启动子进程的完成机制，子进程的task\_struct 的vfork\_done 用于此. 通过这种办法可以阻塞父进程处于不活动的状态。

我们接下来来看看`copy_process`都做了什么?

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RyZWFtMDEzMF9f_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

*  copy\_process开始会检查一些标志，比如说CLONE\_SIGHAND激活信号共享。通常情况下，一个信号无法发送到线程组的各个线程
 *  会通过dup\_task\_struct 来建立父进程的task\_struct 的副本，父子进程中的task\_struct 实例只有一个成员不同: 新进程分配了一个新的核心态栈，task\_struct->stack 。
 *  检查并确保创建子进程后 ，进程数目没有超出限制。
 *  进程描述符内的许多成员被清0或设为初始值。不是继承而来的进程描述符成员，主要是统计信息。
 *  子进程状态被设置为TASK\_UNINTERRUPTIBLE。
 *  调用copy\_flags()更新task\_struct的成员flags。PF\_SUPERPRIV（是否拥有超级用户权限）被清0，PF\_FORKNOEXEC（进程还没有调用exec）被设置。
 *  调用alloc\_pid()为新进程分配一个有效的PID。
 *  根据传递给clone()的参数标志，拷贝或共享打开的文件、文件系统信息、信号处理函数、进程地址空间和命名空间等。
 *  我们也可以通过调用接口函数sched\_fork,让调度器有机会对于新进程进行设置。
 *  做扫尾工作并返回一个指向子进程的指针。  
        
    总结 : do\_fork()函数在copy\_process()函数返回后，唤醒新创建的子进程并让其投入运行。

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