linux进程创建过程与原理 & linux进程创建：fork、vfork和clone联系与区别

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-03-28 18:18 259阅读 0赞

[http://qhwang.blogbus.com/logs/46874366.html][http_qhwang.blogbus.com_logs_46874366.html]

系统允许一个进程创建新进程，新进程即为子进程，子进程还可以创建新的子进程，形成进程树结构模型。整个linux系统的所有进程也是一个树形结构。树根是系统自动构造的，即在内核态下执行的0号进程，它是所有进程的祖先。由0号进程创建1号进程（内核态），1号负责执行内核的部分初始化工作及进行系统配置，并创建若干个用于高速缓存和虚拟主存管理的内核线程。随后，1号进程调用execve（）运行可执行程序init，并演变成用户态1号进程，即init进程。它按照配置文件/etc/initab的要求，完成系统启动工作，创建编号为1号、2号...的若干终端注册进程getty。每个getty进程设置其进程组标识号，并监视配置到系统终端的接口线路。当检测到来自终端的连接信号时，getty进程将通过函数execve（）执行注册程序login，此时用户就可输入注册名和密码进入登录过程，如果成功，由login程序再通过函数execv（）执行shell，该shell进程接收getty进程的pid，取代原来的getty进程。再由shell直接或间接地产生其他进程。

上述过程可描述为：0号进程->1号内核进程->1号内核线程->1号用户进程（init进程）->getty进程->shell进程

注意，上述过程描述中提到：1号内核进程调用执行init并演变成1号用户态进程（init进程），这里前者是init是函数，后者是进程。两者容易混淆，区别如下：

1.init（）函数在内核态运行，是内核代码

2.init进程是内核启动并运行的第一个用户进程，运行在用户态下。

3.init（）函数调用execve（）从文件/etc/inittab中加载可执行程序init并执行，这个过程并没有使用调用do\_fork()，因此两个进程都是1号进程。

## linux进程创建：fork、vfork和clone联系与区别 ##

fork,vfork,clone都是linux的系统调用，用来创建子进程的，但是大家在使用时经常混淆，这里给出具体例子讲解三者的联系与区别。

在此之前，推荐大家先看我的文章：[linux进程创建过程与原理  
][http_qhwang.blogbus.com_logs_46874366.html]

我们知道，进程由4个要素组成：

1.进程控制块：进程标志 2.进程程序块：可与其他进程共享

3.进程数据块：进程专属空间，用于存放各种私有数据以及堆栈空间。4.独立的空间（如果没有4则认为是线程）

一、fork

fork 创造的子进程复制了父亲进程的资源，包括内存的内容task\_struct内容，新旧进程使用同一代码段,复制数据段和堆栈段，这里的复制采用了注明的copy\_on\_write技术，即一旦子进程开始运行，则新旧进程的地址空间已经分开，两者运行独立。如：

int main() \{  
int num = 1;  
int child;

if(!(child = fork())) \{  
printf("This is son, his num is: %d. and his pid is: %d\\n", ++num, getpid());  
\} else \{  
printf("This is father, his num is: %d, his pid is: %d\\n", num, getpid());  
\}  
\}

执行结果为：This is son, his num is: 2. and his pid is: 2139  
This is father, his num is: 1, his pid is: 2138

从代码里面可以看出2者的pid不同，子进程改变了num的值，而父进程中的num没有改变。

总结：优点是子进程的执行独立于父进程，具有良好的并发性。缺点是两者的通信需要专门的通信机制，如pipe、fifo和system V等。有人认为这样大批量的复制会导致执行效率过低。其实在复制过程中，子进程复制了父进程的task\_struct，系统堆栈空间和页面表，在子进程运行前，两者指向同一页面。而当子进程改变了父进程的变量时候，会通过copy\_on\_write的手段为所涉及的页面建立一个新的副本。因此fork效率并不低。

二、vfork

vfork函数创建的子进程完全运行在父进程的地址空间上，子进程对虚拟地址空间任何数据的修改都为父进程所见。这与fork是完全不同的，fork进程是独立的空间。另外一点不同的是vfork创建的子进程后，父进程会被阻塞，直到子进程执行exec（）和exit（）。如：

int main() \{  
int num = 1;  
int child;

运行结果为：This is son, his num is: 2. and his pid is:4139  
This is father, his num is: 2, his pid is: 4138

从运行结果可以看到vfork创建出的子进程（线程）共享了父进程的num变量，这一次是指针复制，2者的指针指向了同一个内存

总结：当创建子进程的目的仅仅是为了调用exec（）执行另一个程序时，子进程不会对父进程的地址空间又任何引用。因此，此时对地址空间的复制是多余的，通过vfork可以减少不必要的开销。

三、clone

函数功能强大，带了众多参数，因此由他创建的进程要比前面2种方法要复杂。clone可以让你有选择性的继承父进程的资源，你可以选择想vfork一样和父进程共享一个虚存空间，从而使创造的是线程，你也可以不和父进程共享，你甚至可以选择创造出来的进程和父进程不再是父子关系，而是兄弟关系

int clone(int (\*fn)(void \*), void \*child\_stack, int flags, void \*arg);

这里fn是函数指针，我们知道进程的4要素，这个就是指向程序的指针，就是所谓的“剧本", child\_stack明显是为子进程分配系统堆栈空间（在linux下系统堆栈空间是2页面，就是8K的内存，其中在这块内存中，低地址上放入了值，这个值就是进程控制块task\_struct的值）,flags就是标志用来描述你需要从父进程继承那些资源， arg就是传给子进程的参数）。

总结：

clone, fork, vfork实现方式

*  大致相同:
    
     *  系统调用服务例程sys\_clone, sys\_fork, sys\_vfork三者最终都是调用do\_fork函数完成.
        
         *  do\_fork的参数与clone系统调用的参数类似, 不过多了一个regs(内核栈保存的用户模式寄存器). 实际上其他的参数也都是用regs取的
 *  区别在于:
    
     *  clone:
        
         *  clone的API外衣, 把fn, arg压入用户栈中, 然后引发系统调用. 返回用户模式后下一条指令就是fn.
         *  sysclone: parent\_tidptr, child\_tidptr都传到了 do\_fork的参数中
         *  sysclone: 检查是否有新的栈, 如果没有就用父进程的栈 (开始地址就是regs.esp)
     *  fork, vfork:
        
         *  服务例程就是直接调用do\_fork, 不过参数稍加修改
         *  clone\_flags:
            
             *  sys\_fork: SIGCHLD|0;
             *  sys\_vfork: SIGCHLD| (clone\_vfork | clone\_vm)
         *  用户栈: 都是父进程的栈.
         *  parent\_tidptr, child\_ctidptr都是NULL.

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