用户态进程/线程的创建 fork/vfork/pthread_create[亲测有效]

fork

fork 函数创建子进程成功后，父进程返回子进程的 pid，子进程返回0。具体描述如下：

• fork返回值为-1， 代表创建子进程失败
  
• fork返回值为0，代表子进程创建成功，这个分支是子进程的运行逻辑
  
• fork返回值大于0，这个分支是父进程的运行逻辑，并且返回值等于子进程的 pid
  

我们看下通过 fork 系统调用来创建子进程的例子:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
pid_t pid = fork();

if(pid == -1){
printf("create child process failed!\n");
return -1;
 }else if(pid == 0){
printf("This is child process!\n");
 }else{
printf("This is parent process!\n");
printf("parent process pid = %d\n",getpid());
printf("child process pid = %d\n",pid);
 }

 getchar();

return 0;
}

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!

运行结果：

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!$ ./a.out
This is parent process!
parent process pid = 25483
child process pid = 25484
This is child process!

从上面的运行结果来看，子进程的pid=25484， 父进程的pid=25483。

在前面介绍内存缺页异常的时候，提到写时复制 COW 是一种推迟或者避免复制数据的技术，主要用在 fork 系统调用里，当执行 fork 创建新子进程时，内核不需要复制父进程的整个进程地址空间给子进程，而是让父进程和子进程共享同一个副本，只有写入时，数据才会被复制。我们用一个简单里的例子描述下：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int peter = 10;

int main()
{
pid_t pid = fork();

if(pid == -1){
printf("create child process failed!\n");
return -1;
 }else if(pid == 0){
printf("This is child process, peter = %d!\n", peter);
 peter = 100;
printf("After child process modify peter = %d\n", peter);
 }else{
printf("This is parent process = %d!\n", peter);
 }

 getchar();

return 0;
}

执行结果：

欢迎大家来到IT世界,在知识的湖畔探索吧!$ ./a.out
This is parent process = 10!
This is child process, peter = 10!
After child process modify peter = 100

从运行结果可以看到，不论子进程如何去修改 peter 的值，父进程永远看到的是自己的那一份。

vfork

接下来看下使用 vfork 来创建子进程:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int peter = 10;

int main()
{
pid_t pid = vfork();

if(pid == -1){
printf("create child process failed!\n");
return -1;
 }else if(pid == 0){
printf("This is child process, peter = %d!\n", peter);
 peter = 100;
printf("After child process modify peter = %d\n", peter);
exit(0);
 }else{
printf("This is parent process = %d!\n", peter);
 }

 getchar();

return 0;
}

运行结果：

$ ./a.out
This is child process, peter = 10!
After child process modify peter = 100
This is parent process = 100!

从运行结果中可以看出，当子进程修改了 peter=100 之后，父进程中打印 peter 的值也是100。

pthread_create

现在我们知道了创建进程有两种方式：fork，vfork。那么创建线程呢？

线程的创建接口是用 pthread_create:

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/syscall.h>

int peter = 10;

static pid_t gettid(void)
{
return syscall(SYS_gettid);
}

static void* thread_call(void* arg)
{
 peter = 100;
printf("create thread success!\n");
printf("thread_call pid = %d, tid = %d, peter = %d\n", getpid(), gettid(), peter);
return ;
}

int main()
{
int ret;
pthread_t thread;

 ret = pthread_create(&thread, , thread_call, );
if(ret == -1)
printf("create thread faild!\n");

 ret = pthread_join(thread, );
if(ret == -1)
printf("pthread join failed!\n");

printf("process pid = %d, tid = %d, peter = %d\n", getpid(), gettid(), peter);

return ret;
}

运行结果：

$ ./a.out
create thread success!
thread_call pid = 9719, tid = 9720, peter = 100
process pid = 9719, tid = 9719, peter = 100

从上面的结果可以看出：进程和线程的 pid 都是相同的。当线程修改了 peter = 100 之后，父进程中打印 peter 的值也是100。

进程线程创建总图

上面介绍了用户态创建进程和线程的方式，以及各个方式的特点。关于其底层的实现本质，我们后面会详细讲解。这里先提供一下三者之间的关系，可见三者最终都会调用 do_fork 实现。

但是内核态没有进程线程的概念，内核中只认 task_struct 结构，只要是 task_struct 结构就可以参与调度。关于内核态的任务创建，我们下文见。