fork() 子进程实际上在什么时候开始？

Question

在声明 fork() 时该过程是否开始？这里有什么被杀的吗？

pid_t child;
child = fork();
kill (child, SIGKILL);

或者您是否需要为 fork 进程声明操作才能真正“开始”？

pid_t child;
child = fork();

if (child == 0) {
  // do something 
}
kill (child, SIGKILL);

我问是因为我想做的是创建两个孩子，等待第一个完成，然后在退出前杀死第二个：

pid_t child1;
pid_t child2;
child1 = fork();
child2 = fork();
int status;

if (child1 == 0) { //is this line necessary?
}

waitpid(child1, &status, 0);

kill(child2, SIGKILL);

Answer 1

C 函数fork 在标准C 库（Linux 上的glibc）中定义。当您调用它时，它会通过特殊的 CPU 指令（在 x86 上 sysenter）执行等效的系统调用（在 linux 上它的名称是 clone）。这会导致 CPU 切换到特权模式并开始执行内核的指令。然后内核创建一个新进程（列表中的记录和伴随的结构），该进程继承原始进程（文本、堆、堆栈等）、文件描述符等的内存映射副本。

内存区域被标记为不可写，因此当新进程或原始进程试图覆盖它们时，内核可以处理 CPU 异常并执行 copy-on-write （因此延迟复制内存页面的需要，直到绝对必要）。这是因为映射最初指向两个进程中的相同页面（物理内存）。

然后内核将执行交给调度程序，调度程序决定接下来运行哪个进程。它可以是原始进程、子进程或系统中运行的任何其他进程。

注意：Linux内核在运行队列中实际上是把子进程放在父进程的前面，所以比父进程运行得更早。当孩子在分叉后立即调用exec 时，这被认为提供了更好的性能。

当执行给原始进程时，CPU 切换回非特权模式并开始执行下一条指令。在这种情况下，它继续使用标准库的 fork 函数，该函数返回子进程的 PID（由 clone 系统调用返回）。

同样，子进程在fork函数中继续执行，但这里它返回0给调用函数。

之后，程序会在这两种情况下正常继续。子进程将原始进程作为父进程（这在内核的结构中注明）。当它存在时，父进程应该通过调用wait进行清理（接收子进程的退出状态）。

注意： clone 系统调用相当复杂，因为它将 fork 与线程的创建以及 linux 命名空间统一起来。其他操作系统有不同的 fork 实现，例如FreeBSD 本身有fork 系统调用。

免责声明：我不是内核开发人员。如果你知道的更好，请更正答案。

另见

• clone (2)
• FreeBSD 操作系统的设计与实现 (Google Books)
• 了解 Linux 内核 (Google Books)
• Is it true that fork() calls clone() internally?

Answer 2

“声明”在这种情况下是错误的； C 用这个词来谈论仅仅断言某物存在的结构，例如

extern int fork(void);

是函数fork的声明。在您的代码中写入（或因#include <unistd.h> 而为您编写）不会导致调用fork。

现在，您的示例代码中的语句 child = fork(); 当写在函数体中时，会（生成代码以）调用函数fork。该函数，假设它实际上是您操作系统上的系统原语fork(2)，并假设它成功，具有返回两次的特殊行为，一次在原始进程中，一次在新进程中，每个都有不同的返回值，所以你可以知道哪个是哪个。

因此，您的问题的答案是，在您展示的两个代码片段中，假设我在上一段中提到的内容，child = fork(); 行之后的所有代码至少可能执行两次，一次由孩子和父母一次。 if (child == 0) { ... } 构造（同样，这不是“声明”）是让父母和孩子做不同事情的标准习语。

编辑：在您的第三个代码示例中，是的，child1 == 0 块是必需的，但不能确保创建子项。相反，它可以确保您希望 child1 执行的任何操作do 仅在 child1 中完成。此外，正如所写（并且再次假设所有调用都成功），您正在创建 三个 子进程，因为 second 分叉调用将由父子进程执行！你可能想要这样的东西：

pid_t child1, child2;
int status;
child1 = fork();
if (child1 == -1) {
  perror("fork"); 
  exit(1);
}
else if (child1 == 0) {
  execlp("program_to_run_in_child_1", (char *)0);
  /* if we get here, exec failed */
  _exit(127);
}

child2 = fork();
if (child2 == -1) {
  perror("fork");
  kill(child1, SIGTERM);
  exit(1);
}

else if (child2 == 0) {
  execlp("program_to_run_in_child_2", (char *)0);
  /* if we get here, exec failed */
  _exit(127);
}

/* control reaches this point only in the parent and only when
   both fork calls succeeded */
if (waitpid(child1, &status, 0) != child1) {
  perror("waitpid");
  kill(child1, SIGTERM);
}

/* only use SIGKILL as a last resort */
kill(child2, SIGTERM);

仅供参考，这只是一个骨架。如果我正在编写代码来真正做到这一点（我有：例如参见https://github.com/zackw/tbbscraper/blob/master/scripts/isolate.c），那么将有更多的代码来全面检测和报告错误，以及处理文件描述符管理所需的额外逻辑孩子们和其他一些皱纹。

Answer 3

fork 进程生成一个与旧进程相同的新进程并在两个函数中返回。

这会自动发生，因此您无需执行任何操作。

但是，检查调用是否确实成功更简洁：

低于 0 的值表示失败。在这种情况下，不好打电话给kill()。

值 == 0 表示我们是子进程。在这种情况下，调用kill()不是很干净。

值 > 0 表示我们是父进程。在这种情况下，返回值是我们的孩子。在这里可以安全地拨打kill()。

在您的情况下，您甚至会得到 4 个进程：

• 您的父级调用 fork()，剩下 2 个进程。
• 他们都再次调用fork()，从而为他们每个人生成一个新的子进程。

您应该将第二个fork() 进程移动到父代码运行的分支中。

Answer 4

子进程在调用fork() 后的某个时间开始（在子进程的上下文中发生了一些设置）。

当fork() 返回时，您可以确定孩子正在运行。

所以代码

pid_t child = fork();
kill (child, SIGKILL);

会杀了孩子。孩子可能会执行kill(0, SIGKILL)，它什么都不做并返回错误。

没有办法判断孩子是否能活到足以执行它的杀戮。很可能不会，因为 Linux 内核将为子进程设置进程结构并让父进程继续。孩子只会在进程的就绪列表中等待。然后 kill 将再次删除它。

编辑如果fork()返回值<= 0，那么你不应该等待或杀死。