当我在 Unix 中调用 fork() 时会发生什么？

Question

我试图查找这一点，但在调用 fork() 后，我很难理解父进程和子进程之间的关系。

它们是完全独立的进程，仅通过 id/parent id 关联吗？或者他们共享记忆吗？例如，每个进程的“代码”部分 - 是否是重复的，以便每个进程都有自己相同的副本，或者是否以某种方式“共享”，以便只有一个存在？

我希望这是有道理的。

以充分披露的名义，这是“与作业相关的”；虽然这不是书中的直接问题，但我感觉这主要是学术性的，在实践中，我可能不需要知道。

Answer 1

似乎在过程中，整个内存都是重复的。

实际上，它使用“写入”系统。首次在fork（）之后首次更改其内存时，将单独的副本（通常为4KB）进行。

通常，一个过程的代码段不会被修改，在这种情况下，它仍然共享。

Answer 2

从逻辑上讲，分叉会创建与原始过程相同的副本，并且在很大程度上独立于原始过程。出于性能原因，内存通过写时复制语义进行共享，这意味着未修改的内存（例如代码）仍然是共享的。

文件描述符是重复的，因此分叉进程原则上可以代表父进程接管数据库连接（或者，如果程序员有点扭曲，它们甚至可以联合与数据库通信）。更常见的是，这用于在进程之间设置管道，因此您可以编写 find -name '*.c' | xargs grep fork。

还有很多其他的东西是共享的。有关详细信息，请参阅此处。

一个重要的遗漏是线程——子进程仅继承调用fork()的线程。这在多线程程序中会导致无穷无尽的麻烦，因为在父级中锁定的互斥体等的状态是特定于实现的（并且不要忘记 malloc() 和 printf() 在内部使用锁）。在 fork() 返回后，子进程中唯一安全的做法是尽快调用 execve()，即便如此，您也必须对文件描述符保持谨慎。请参阅此处了解完整的恐怖故事。

Answer 3

1. 它们是单独的进程，即子进程和父进程将具有单独的 PID。
2. 子进程将从父进程继承所有打开的描述符。
3. 内部页面（即可以修改的堆栈/堆区域）与 .text 区域不同，将共享 b/ w 父级和子级，直到其中之一尝试修改内容。在这种情况下，会创建一个新页面，并将特定于正在修改的页面的数据复制到这个新分配的页面，并映射到与导致更改的页面相对应的区域（可以是父页面或子页面）。这称为 COW（本论坛的其他成员在上面的回答中提到过）。
4. 子进程可以完成执行，直到父进程使用 wait() 或 waitpid() 调用回收为止，子进程将处于 ZOMBIE 状态。这将有助于从进程表中清除子进程条目并允许子进程 pid 被重用。通常，当子进程死亡时，SIGCHLD 信号会发送到父进程，理想情况下，这会导致调用处理程序，然后在该处理程序中执行 wait() 调用。
5. 如果父进程退出时没有清理已经运行的或僵尸子进程（通过 wait() waitpid 调用），则 init() 进程 (PID 1) 将成为这些现在的孤儿进程的父进程。此 init() 进程定期执行 wait() 或 waitpid() 调用。

编辑：错别字
华泰

Answer 4

是的，它们是独立的进程，但具有一些特殊的“属性”。其中之一就是子女与父母的关系。

但更重要的是以写时复制（COW）方式共享内存页面：直到其中一个在页面上执行写入（对全局变量或其他内容）为止，内存页面都是共享的。当执行写入时，内核会创建该页面的副本并将其映射到正确的地址。

COW 魔法是在内核中通过将页面标记为只读并使用故障机制来完成的。