进程互斥和fork

自父进程继承

• 进程的资格(真实(real)/有效(effective)/已保存(saved) 用户号(UIDs)和组号(GIDs))
• 环境(environment)
• 堆栈
• 内存
• 打开文件的描述符(注意对应的文件的位置也是和文件一起由父子进程共享的)
• 执行时关闭(close-on-exec) 标志 (译者注：close-on-exec标志可通过fnctl()对文件描 述符设置，POSIX.1要求所有目录流都必须在exec函数调用时关闭。更详细说明， 参见《UNIX环境高级编程》 W. R. Stevens, 1993, 尤晋元等译(以下简称《高级编程》), 3.13节和8.9节)
• 信号(signal)控制设定
• 信号量(semaphore)
• nice值 (译者注：nice值由nice函数设定，该值表示进程的优先级， 数值越小，优先级越高)
• 进程调度类别(scheduler class) (译者注：进程调度类别指进程在系统中被调度时所属的类别，不同类别有不同优先级，根据进程调度类别和nice值，进程调度程序可计算出每个进程的全局优先级(Global process prority)，优先级高的进程优先执行)
• 进程组号
• 对话期ID(Session ID) (《高级编程》：进程所属的对话期 (session)ID， 一个对话期包括一个或多个进程组， 更详细说明参见《高级编程》 9.5节)
• 当前工作目录
• 根目录 (根目录不一定是操作系统的“/”，它可由chroot函数改变)
• 文件方式创建屏蔽字(file mode creation mask (umask)) (《高级编程》：创建新文件的缺省屏蔽字)
• 资源限制
• 控制终端
• 所有互斥锁、读写锁和条件变量(同事考虑到多线程环境)

子进程所独有

• 进程号
• 不同的父进程号(译者注： 即子进程的父进程号与父进程的父进程号不同， 父进程号可由getppid函数得到)
• 自己的文件描述符和目录流的拷贝(译者注： 目录流由opendir函数创建，因其为顺序读取，顾称“目录流”)
• 子进程不继承父进程的进程，正文(text)， 数据和其它锁定内存(memory locks) (译者注：锁定内存指被锁定的虚拟内存页，锁定后， 不允许内核将其在必要时换出(page out)， 详细说明参见《The GNU C Library Reference Manual》 2.2版， 1999, 3.4.2节)
• 在tms结构中的系统时间(译者注：tms结构可由times函数获得， 它保存四个数据用于记录进程使用中央处理器 (CPU：Central Processing Unit)的时间，包括：用户时间，系统时间， 用户各子进程合计时间，系统各子进程合计时间)
• 资源使用(resource utilizations)设定为0
• 阻塞信号集初始化为空集(译者注：原文此处不明确， 译文根据fork函数手册页稍做修改)
• 不继承由timer_create函数创建的计时器
• 不继承异步输入和输出
• 文件锁不继承，具体原因见参考文献。

 

随想杂谈

• 假设fork是在父进程有多个线程时发生的，要考虑如下问题：

　　子进程通过继承整个地址空间的副本，从而父进程哪里继承了所有互斥量，读写锁和条件状态。如果父进程包含多个线程，子进程在 fork 返回以后，如果紧接着不是马上调用 exec 的话，就需要清理锁状态。 在子进程内部只存在一个线程，它是由父进程调用 fork 返回以后，如果父进程中的线程占有锁，子进程同样占有这些锁，问题就出在子进程同样占有这些锁——但子进程不包含这些占有锁的线程副本，所以子进程没有办法知道它占有的那些锁并且需要释放哪些锁。如果子进程从 fork 返回以后马上调用某个 exec 函数，就可以避免这样的问题。这种情况下，老的地址空间被丢弃，所以锁的状态无关紧要。

　　当然，不用exec，也可以使用pthread_atfork，在调用fork之前，线程先获取进程中所有锁，在调用fork后分别在父子进程中释放这些锁，从而父子可以重新获取和释放这些锁资源。

• pthread接口也提供了进程范围的共享互斥量，这是需要设置互斥类型为PTHREAD_PROCESS_SHARED，因为是进程间共享，要求mutex init时候，使用共享的内存区域中分配的互斥量。进程间互斥，还推荐阅读《nginx模块开发与结构解析》最后一章关于互斥锁的实现方案，一种是基于文件锁，一种是基于原子（本质和互斥同质）操作&信号量。建议集合accept_mutex锁的实现了解不同互斥锁的原理！

• 记录锁的继承和释放
  1、锁与进程和文件两方面
  a、当一个进程终止时，它所建立的锁全部释放；(即 进程退出，文件锁自动释放)
  b、任何时候关闭一个描述符时，则该进程通过这一描述符可以引用的文件上的任何一把锁都释放。(即 关闭文件,文件锁自动释放)

  情况一::
  fd1 = open(pathname,....);
  read_lock(fd1,....);
  fd2 = dup(fd1);
  close(fd2); //此时,在close(fd2)后，在fd1上加的锁被释放。
  情况二::
  fd1 = open(pathname,....);
  read_lock(fd1,....);
  fd2 = open(pathname,...);
  close(fd2); //此时，在close(fd2)后，在fd1上加的锁被释放。

  2、由fork产生的子进程不继承父进程所设置的锁。（文件锁不能被继承）
  这意味着，若一个进程得到一把锁，然后调用fork,那么对于父进程获得的锁而言，子进程被视为另外一个进程，对于从父进程处继承过来的任一描述符，子进程需要调用fcntl才能获得它自己的锁。
  (这其实也是锁的本意，文件锁的作用是阻止多个进程同时写一个文件或区域，如果子进程继承父进程的锁，则父、子就可以同时写同一个文件。这显然是不对的。)

  3、在执行exec后，新程序可以继承原执行程序的锁。（EXEC文件锁被继承）
  执行exec后，其实是用当前进程的进程实体替换原进程的进程实体。原进程被杀掉(但保留了 进程ID即 PID)