Linux下创建新进程

创建新进程在Linux的下是由父进程来完成的，创建完成的新进程是子进程。

新进程的地址空间有两种可能性：

1. 子进程是父进程的复制品（除了PID和task_struct是子进程自己的，其余的都从父进程复制而来）
2. 子进程装入另一个程序。

在Linux下的fork函数用于创建一个新的进程，使用fork函数来创建一个进程时，子进程只是完全复制父进程的资源。这样得到的子进程和父进程是独立的，具有良好的并发性。但是进程间通信需要专门的机制。

fork函数调用一次，会返回两个函数值，对于父进程而言，返回的是子进程的PID（因为一个父进程可能有多个子进程，并且没有一个函数可以使父进程获取其所有的子进程ID），对于子进程返回值是0（这样就能区分父子进程，子进程是可以通过getppid来获取父进程的ID），如果进程创建失败，那么返回给父进程-1。

现在的Linux操作系统采用了copy-on-write技术（COW），即：如果父进程和子进程中任意一个尝试修改某些区域的值，那么内核会为修改区域的那部分内存制作一个副本，一般都是虚拟内存的一页。否则不进行复制操作，比如在fork的子进程中只是调用exec函数来执行另外一个可执行文件，那么事实上就没有必要复制父进程的资源，这样会造成大量的开销浪费。

fork()函数创建的子进程和父进程的执行顺序理论上是不确定的（因为取决于OS的调度策略）。

总结一下：fork函数创建的子进程是父进程的复制，子进程和父进程并发执行 来段代码测试一下。

#include
#include
#include
#include

int main()
{
    int num = 3;
    pid_t pid = 0;
    pid = fork();           //创建一个子进程,fork()函数没有参数。
    printf("pid is %d\n",getpid());     //获取进程的pid
    if (0 < pid)        //父进程得到的pid大于0,这段代码是父进程中执行的
    {
        num++;
        printf("I am parent!,num is %d\n",num);
    }
    else if(0 == pid)   //子进程得到的返回值是0，这段代码在子进程中执行
    {
        num--;
        printf("I am son!,num is %d\n",num);
    }   
   else                 //创建进程失败
   {
       //有两种情况会失败：
       //1.进程数目达到OS的最大值
       //2.进程创建时内存不够了。
       printf("fork error!\n");
       exit(-1);
   }
   
    
    return 0;
}

运行结果如下所示：

从运行结果可以看到，父子进程的PID是不同的，说明我们确实创建了一个进程。另外父子进程中的变量是独立的，这也说明了子进程是父进程的复制。当然，这样带来的坏处是进程间的通信必须使用专门的通信机制。此处使用的的if-else语句才能真正使得创建一个新进程有意义，否则父子进程将会执行一模一样的代码，这没有意义。

除了fork之外，Linux的系统还提供了vfork的函数来建立一个新进程.vfork建立的新进程和fork的不同之处在于：

1. vfork创建的子进程和父进程是共享地址空间的，而不是复制，因此子进程中的数据和父进程中的数据是共享的(这个共享会一直持续到子进程调用exec或者exit)，如果子进程中修改了某个变量的值，那么在父进程中这个变量也将被修改。优点是，子进程和父进程的通信很好解决。
2. vfork创建的子进程必须调用_exit函数（或者使用exec函数调用另外的可执行程序）来结束它，否则子进程将不会结束。这点需要特别注意。
3. vfork创建的子进程总是会在父进程之前执行，即使使用sleep函数（这个函数会将进程暂时挂起）也是先执行子进程，然后再执行父进程。

我们上代码来看看实际的运行效果。

#include
#include
#include
#include

int main()
{
   
    int num = 3;
    pid_t pid;

    pid = vfork();          //使用vfork创建子进程
    if(0 < pid)
    {
        num++;
        printf("I am parent!,num is %d\n",num);
    }
    else if(0 == pid)
    {
        sleep(2);           //将子进程挂起2秒
        num--;
        printf("I am son!,num is %d\n",num);
    }
    else
    {
        printf("fork error!\n");
        exit(-1);
    }

    return 0;
}

运行结果如下： （等待了两秒后，输出如下）

我们看到父进程中打印的不对，而且发生了段错误（段错误就是内存越界了）。这就是和fork的不同之处，vfork的函数必须使用exit来结束进程。否则就会出现错误。更改以后的代码输出如下所示：

#include
#include
#include
#include

int main()
{
   
    int num = 3;
    pid_t pid;

    pid = vfork();          //使用vfork创建子进程
    if(0 < pid)
    {
        num++;
        printf("I am parent!,num is %d\n",num);
       
    }
    else if(0 == pid)
    {
        sleep(2);           //将子进程挂起2秒
        num--;
        printf("I am son!,num is %d\n",num);
        exit(0);           //加上进程结束后，程序就能正常执行了
    }
    else
    {
        printf("fork error!\n");
        exit(-1);
    }

    return 0;
}

可以看到子进程和父进程是共享数据的。而且子进程在父进程之前执行。

如果你的应用程序想要可移植，那么就不应该使用vfork函数。由于历史局限性，当年的Unix系统是没有写时拷贝技术的，如前所述，在fork的子进程中如果只是调用exec函数来执行另外一个可执行文件，那么事实上就没有必要复制父进程的资源，这样将会造成大量的开销浪费。为了避免这个问题，当年的Unix系统设计者就设计了vfork函数，它的主要目的就是exec一个新的程序。现在有了写时拷贝技术，vfork函数也就渐渐地被弃用了。