Різниця між fork (), vfork (), exec () та clone ()

Я шукав, щоб знайти різницю між цими чотирма в Google, і я очікував, що там буде величезна кількість інформації, але насправді не було чіткого порівняння між чотирма дзвінками.

Я почав намагатися скласти якийсь базовий оглядовий погляд на відмінності між цими системними викликами, і ось що я отримав. Чи є вся ця інформація правильною / я пропускаю щось важливе?

Fork : Виклик fork в основному створює дублікат поточного процесу, ідентичний практично в усіх відношеннях (не все копіюється, наприклад, обмеження ресурсів в деяких реалізаціях, але ідея полягає в тому, щоб створити максимально близьку копію).

Новий процес (дочірня) отримує інший ідентифікатор процесу (PID) і має PID старого процесу (батьківського) як його батьківський PID (PPID). Оскільки в двох процесах зараз працює абсолютно один і той же код, вони можуть сказати, що саме за кодом повернення fork - дитина отримує 0, батько отримує PID дитини. Це все, звичайно, якщо припустити, що виклик вилки працює - якщо ні, не створюється жодна дитина і батько отримує код помилки.

Vfork: Основна відмінність vfork від fork полягає в тому, що коли новий процес створюється з vfork (), батьківський процес тимчасово призупиняється, і дочірній процес може зайняти адресний простір батьків. Цей дивний стан речей продовжується до тих пір, поки дочірній процес або не завершиться, або зателефонує execve (), і тоді батьківський процес триває.

Це означає, що дочірній процес vfork () повинен бути обережним, щоб уникнути несподіваних змін змінних батьківського процесу. Зокрема, дочірній процес не повинен повертатися з функції, що містить виклик vfork (), і він не повинен викликати exit () (якщо йому потрібно вийти, він повинен використовувати _exit (); власне, це також стосується дитини нормальної вилки ()).

Exec :Виклик exec - це спосіб в основному замінити весь поточний процес новою програмою. Він завантажує програму в поточний простір процесу та запускає її з точки входу. exec () замінює поточний процес виконуваним функцією. Керування ніколи не повертається до початкової програми, якщо не виникає помилка exec ().

Clone :Клон, як вилка, створює новий процес. На відміну від fork, ці виклики дозволяють дочірньому процесу ділитися частинами контексту його виконання з процесом виклику, таким як простір пам'яті, таблиця дескрипторів файлів та таблиця обробників сигналів.

Коли дочірній процес створюється з клоном, він виконує додаток функції fn (arg). (Це відрізняється від fork, де виконання у дитини продовжується від точки початкового виклику fork.) Аргумент fn - це вказівник на функцію, яка викликається дочірнім процесом на початку її виконання. Аргумент arg передається функції fn.

Коли програма fn (arg) функція повертається, дочірній процес припиняється. Ціле число, повернене fn, є вихідним кодом для дочірнього процесу. Дочірній процес може також явно закінчуватися, викликаючи вихід (2) або після отримання фатального сигналу.

Інформація отримана форма:

• Відмінності між fork та exec
• http://www.allinterview.com/showanswers/59616.html
• http://www.unixguide.net/unix/programming/1.1.2.shtml
• http://linux.about.com/library/cmd/blcmdl2_clone.htm

Дякуємо, що знайшли час, щоб прочитати це! :)

• vfork()є застарілою оптимізацією. До хорошого управління пам’яттю fork()зробив повну копію пам’яті батьків, тому це було досить дорого. оскільки у багатьох випадках fork()слідкує за тим exec(), що відкидає поточну карту пам'яті та створює нову, це було марною витратою. У наш час fork()не копіює пам'ять; його просто встановлюють як "копіювати при записі", тому fork()+ exec()так само ефективно, як і vfork()+ exec().

• clone()- це використовувана системою sccall fork(). з одними параметрами він створює новий процес, з іншими - створює нитку. різниця між ними полягає лише в тому, які структури даних (простір пам’яті, стан процесора, стек, PID, відкриті файли тощо) поділяються чи ні.

• execve() замінює поточний виконуваний образ іншим, завантаженим із виконуваного файлу.
• fork() створює процес дитини.
• vfork()це історично оптимізована версія fork(), призначена для використання, коли execve()викликається безпосередньо після fork(). Виявилося, що це добре працює в системах, що не належать до MMU (де fork()не можна ефективно працювати), а також при виконанні fork()процесів з величезним слідом пам'яті для запуску якоїсь невеликої програми (думаю, Java Runtime.exec()). POSIX стандартизував posix_spawn()заміщення цих останніх двох сучасних застосувань vfork().
• posix_spawn()робить еквівалент a fork()/execve(), а також дозволяє деякий fd жонглювання між ними. Він повинен замінити fork()/execve(), в основному, для платформ, що не належать до MMU.
• pthread_create() створює нову нитку.
• clone()- специфічний для Linux виклик, який можна використовувати для впровадження всього, з fork()чого pthread_create(). Це дає багато контролю. Натхненний на rfork().
• rfork()- специфічний виклик плану-9. Це повинен бути загальний виклик, який дозволяє отримати декілька ступенів спільного використання між повними процесами та потоками.

1. fork()- створює новий дочірній процес, який є повною копією батьківського процесу. Дочірні та батьківські процеси використовують різні віртуальні адресні простори, які спочатку заповнюються однаковими сторінками пам'яті. Потім, коли обидва процеси виконуються, віртуальний адресний простір починає відрізнятися все більше і більше, оскільки операційна система виконує ледачу копіювання сторінок пам'яті, які записуються будь-яким з цих двох процесів і призначає незалежні копії змінених сторінок пам'ять для кожного процесу. Ця методика називається Copy-On-Write (COW).
2. vfork()- створює новий дочірній процес, який є "швидкою" копією батьківського процесу. На відміну від системного виклику fork(), дочірні та батьківські процеси ділять однаковий віртуальний адресний простір. ПРИМІТКА! Використовуючи один і той же віртуальний простір адрес, і батько, і дитина використовують один і той же стек, покажчик стека та вказівник, як у випадку з класичним fork()! Для запобігання небажаних втручань між батьком і дочіркою, які використовують один і той же стек, виконання батьківського процесу буде заморожене, поки дитина не зателефонує exec()(створить новий віртуальний адресний простір та перехід до іншого стека), або _exit()(припинення виконання процесу ). vfork()- це оптимізація моделі fork()"fork-and-exec". Це можна виконати в 4-5 разів швидше, ніж на fork(), ніж на відміну відfork()(навіть з урахуванням COW), впровадження vfork()системного виклику не включає створення нового адресного простору (розподіл та налаштування нових каталогів сторінок).
3. clone()- створює новий процес дитини. Різні параметри цього системного виклику визначають, які частини батьківського процесу необхідно скопіювати в дочірній процес та які частини будуть спільними між ними. Як результат, цей системний виклик може використовуватися для створення всіх видів об'єктів виконання, починаючи від потоків і закінчуючи повністю незалежними процесами. Насправді clone()системний виклик - це база, яка використовується для реалізації pthread_create()та всієї сімейства fork()системних викликів.
4. exec()- скидає всю пам'ять процесу, завантажує та аналізує вказаний виконуваний двійковий файл, встановлює новий стек і передає управління в точку входу завантаженого виконуваного файлу. Цей системний виклик ніколи не повертає управління абоненту і служить для завантаження нової програми до вже існуючого процесу. Цей системний виклик із fork()системним викликом разом утворюють класичну модель управління процесами UNIX під назвою "fork-and-exec".

Усі fork (), vfork () та clone () викликають do_fork () для виконання справжньої роботи, але з різними параметрами.

asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs regs)
{
    return do_fork(SIGCHLD, regs.esp, &regs, 0);
}

asmlinkage int sys_clone(struct pt_regs regs)
{
    unsigned long clone_flags;
    unsigned long newsp;

    clone_flags = regs.ebx;
    newsp = regs.ecx;
    if (!newsp)
        newsp = regs.esp;
    return do_fork(clone_flags, newsp, &regs, 0);
}
asmlinkage int sys_vfork(struct pt_regs regs)
{
    return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, regs.esp, &regs, 0);
}
#define CLONE_VFORK 0x00004000  /* set if the parent wants the child to wake it up on mm_release */
#define CLONE_VM    0x00000100  /* set if VM shared between processes */

SIGCHLD means the child should send this signal to its father when exit.

Що стосується вилки, дитина і батько мають незалежну таблицю сторінок VM, але оскільки ефективність, fork насправді не копіює жодної сторінки, вона просто встановлює всі сторінки, що записуються, лише для читання для дочірнього процесу. Отже, коли дочірній процес хоче щось написати на цій сторінці, трапиться виняток на сторінці, і ядро ​​виділить нову сторінку, клоновану зі старої сторінки з дозволом на запис. Це називається "копіювати при записі".

Для vfork віртуальна пам'ять є саме дитиною та батьком --- саме тому батько і дитина не можуть прокидатися одночасно, оскільки вони будуть впливати один на одного. Тож батько спить наприкінці "do_fork ()" і прокинеться, коли виклик дитини () або execve () з цього часу матиме нову таблицю сторінки. Ось код (у do_fork ()), який спить батько.

if ((clone_flags & CLONE_VFORK) && (retval > 0))
down(&sem);
return retval;

Ось код (у mm_release (), який називається вихід () та execve ()), який будить батька.

up(tsk->p_opptr->vfork_sem);

Для sys_clone () вона більш гнучка, оскільки ви можете вводити до неї будь-які clone_flags. Тож pthread_create () викликає цей системний виклик з багатьма clone_flags:

int clone_flags = (CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGNAL | CLONE_SETTLS | CLONE_PARENT_SETTID | CLONE_CHILD_CLEARTID | CLONE_SYSVSEM);

Підсумок: fork (), vfork () та clone () створить дочірні процеси з різною версією спільного використання ресурсу з батьком. Ми також можемо сказати, що vfork () і clone () можуть створювати потоки (насправді це процеси, оскільки вони мають незалежну task_struct), оскільки вони ділять таблицю сторінок VM з батьківським процесом.

у fork () будь-який дочірній або батьківський процес буде виконуватися на основі вибору процесора .. Але у vfork (), безумовно, дитина виконає першим. після припинення дитини батько виконає страту.