fork系統呼叫的執行過程

1.linux提供了三個系統呼叫用於建立程序,分別是fork,vfork,clone:

fork系統呼叫：核心採用寫時複製技術對傳統的fork函式進行了下面的優化.即子程序建立後,父子程序以唯讀的方式共享父程序的資源（並不包括父程序的頁表項）.當子程序需要修改程序位址空間的某一頁時,才為子程序複製該頁.採用這樣的技術可以避免對父程序中某些資料不必要的複製.

vfork系統呼叫：使用vfork函式建立的子程序會完全共享父程序的位址空間,包括父程序的頁表項.父子程序任意一方對任何資料的修改使得另一方都可以感知到.為了使得雙方不受這種影響,vfork函式建立了子程序後,父程序便被阻塞,直至子程序呼叫了exec()或exit().由於現在fork函式引入了寫時複製技術,在不考慮複製父程序頁表項的情況下,vfork函式幾乎不會被使用.

clone系統呼叫：clone函式建立子程序時靈活度比較大,因為它可以通過傳遞不同的引數來選擇性的複製父程序的資源.

系統呼叫fork,vfork和clone在核心中對應的服務例程分別為sys_fork(),sys_vfork()和sys_clone():

asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs regs)
asmlinkage int sys_clone(struct pt_regs regs)
asmlinkage int sys_vfork(struct pt_regs regs)

可以看到do_fork()均被上述三個服務例程呼叫.三個系統呼叫的執行過程如下圖所示：

2.do_fork()函式的引數解釋：

do_fork()函式的原型：

long do_fork(unsigned long clone_flags, unsigned long stack_start, unsigned long stack_size, int __user *parent_tidptr, int __user *child_tidptr)

clone_flags:該標誌位的4個位元組分為兩部分.最低的乙個位元組為子程序結束時傳送給父程序的訊號**,通常為sigchld(用於wait系統呼叫).剩餘的三個位元組則是各種clone標誌的組合.通過clone標誌可以有選擇的對父程序的資源進行複製.

statck_start:子程序使用者態堆疊的位址

stack_size：未被使用,通常被賦值為0

3.do_fork()函式部分**：

long do_fork(unsigned
long clone_flags,
unsigned
long stack_start,
unsigned
long stack_size,
int __user *parent_tidptr,
int __user *child_tidptr)
p = copy_process(clone_flags, stack_start, stack_size,
child_tidptr, null, trace); //得到乙個程序描述符, 核心棧, thread_info與父程序一樣的子程序描述符
if (!is_err(p)) 
wake_up_new_task(p); //將子程序加入紅黑樹, 並判斷子程序是否可以搶占父程序, 此時子程序已經處於執行狀態
if (unlikely(trace))
ptrace_event(trace, nr);
//如果設定了clone_vfork標誌, 則父程序使用完成變數阻塞, 直到子程序呼叫exec或exit
if (clone_flags & clone_vfork) 
} else 
return nr; //返回子程序的程序描述符
}

4.copy_process()函式部分**：

static
struct task_struct *copy_process(unsigned
long clone_flags,
unsigned
long stack_start,
unsigned
long stack_size,
int __user *child_tidptr,
struct pid *pid,
int trace)
p = dup_task_struct(current); //新建立乙個程序描符, 執行緒描述符, 核心棧
//此時父子程序的內容完全一樣, 接下來就是重新設定一些子程序的值了
//判斷系統中的程序數是不是超過了限制
if (nr_threads >= max_threads)
goto bad_fork_cleanup_count;
copy_flags(clone_flags, p); //將clone_flags複製給子程序
sched_fork(clone_flags, p); //該函式呼叫task_fork_fair函式, 設定子程序的vruntime值
//根據clone_flags值, 拷貝或共享父子程序之間的一些資料結構 
retval = perf_event_init_task(p);
retval = audit_alloc(p);
retval = copy_semundo(clone_flags, p);
retval = copy_files(clone_flags, p); //檔案描述符
retval = copy_fs(clone_flags, p); //程序當前工作目錄資訊
retval = copy_sighand(clone_flags, p); //訊號處理表
retval = copy_signal(clone_flags, p); //訊號值的處理
retval = copy_mm(clone_flags, p); //記憶體描述符
retval = copy_namespaces(clone_flags, p); //命名空間
retval = copy_io(clone_flags, p); 
retval = copy_thread(clone_flags, stack_start, stack_size, p); //dup_task_struct函式中會在建立子程序的程序描符之前, 把父程序此時的暫存器環境儲存在父程序的核心棧中, 子程序的核心棧再複製父程序的核心棧值, 此函式就是用這些值更新子程序暫存器的值. 另外, 子程序對應的thread_info結構中的esp欄位會被初始化為子程序核心棧的基址
if (pid != &init_struct_pid) 
return pid;
}

5.dup_task_struct()函式部分**:

static
struct task_struct *dup_task_struct(struct task_struct *orig)

本文引述自：

fork系統呼叫的執行過程

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系統呼叫fork

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