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头歌(Linux之进程管理一):第3关：进程创建操作-vfork

网友: 文章列表 2024-03-21 17:10:56

头歌(Linux之进程管理一):第3关：进程创建操作-vfork

任务描述

在上一关我们学习使用fork函数创建新进程，本关我们将介绍如何另一种创建新进程的系统调用函数。

本关任务：学会使用C语言在Linux系统中使用vfork系统调用创建一个新的进程。

相关知识

在上一关卡中，我们介绍了fork的使用方法。使用fork创建的子进程的特点是：（1）子进程采用写时复制（COW）技术来为子进程创建地址空间；（2）子进程和父进程的执行顺序是由操作系统调度器来决定的。

本关将介绍Linux系统中另一个创建进程的系统调用函数vfork。vfork函数是一个历史遗留产物。vfork创建进程与fork创建的进程主要有一下几点区别：

  1. vfork创建的子进程与父进程共享所有的地址空间，而fork创建的子进程是采用COW技术为子进程创建地址空间；
  2. vfork会使得父进程被挂起，直到子进程正确退出后父进程才会被继续执行，而fork创建的子进程与父进程的执行顺序是由操作系统调度来决定。

vfork性能要比fork高，主要原因是vfork没有进行所有数据的复制，尽管fork采用了COW技术优化性能，但是也会为子进程的页表项进行复制，因此vfork要比fork快。

使用vfork时要注意，在子进程中对共享变量的修改也会影响到父进程，因此vfork在带来高性能的同时，也使得整个程序容易出错，因此，开发人员在使用vfork创建进程时，一定要注意对共享数据的修改。

由于vfork创建的子进程和父进程共享所有的数据(栈、堆等等)，因此，采用vfork创建的子进程必须使用exit或者exec函数族(下一关将介绍这些函数的功能)来正常退出，不能使用return来退出。

exit函数是用来结束正在运行的整个程序，exit是系统调用级别，它表示一个进程的结束；而return 是语言级别的，它表示调用堆栈的返回。

vfork函数是系统调用函数，man 2 vfork来查看其使用方法。而exit函数是库函数，因此使用man 3 exit来查看其使用方法。

使用vfork函数创建进程

vfork函数的具体的说明如下：

  • 需要的头文件如下：

    1. #include <sys/types.h>
    2. #include <unistd.h>

  • 函数格式如下： pid_t vfork(void);

  • 函数返回值说明： 调用成功，vfork函数两个值，分别是0和子进程ID号。当调用失败时，返回-1，并设置错误编号errno。

注意：vfork函数调用将执行两次返回，它将从父进程和子进程中分别返回。从父进程返回时的返回值为子进程的 PID，,而从子进程返回时的返回值为0，并且返回都将执行vfork之后的语句。vfork创建的子进程必须调用exit函数来退出子进程。

案例演示1: 编写一个程序，使用vfork函数创建一个新进程，并在子进程中打印出其进程ID和父进程ID，在父进程中返回进程ID。详细代码如下所示：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <sys/types.h>
  3. #include <unistd.h>
  4. #include <stdlib.h>
  5. #include <string.h>
  6. #include <errno.h>
  8. int main()
  9. {
  10. pid_t pid;
  11. pid = vfork();
  12. if(pid == -1)
  13. {
  14. //创建进程失败
  15. printf("创建进程失败(%s)!\\n", strerror(errno));
  16. return -1;
  17. }
  18. else if(pid == 0)
  19. {
  20. //子进程
  21. sleep(2); //睡眠2秒
  22. printf("当前进程为子进程：pid(%d)，ppid(%d)\\n", getpid(), getppid());
  23. }
  24. else
  25. {
  26. //父进程
  27. printf("当前进程为父进程：pid(%d)，ppid(%d)\\n", getpid(), getppid());
  28. }
  30. //子进程和父进程分别会执行的内容
  31. exit(0);
  32. }

将以上代码保存为vforkProcess.c文件，编译执行。可以看到vforkProcess创建的子进程尽管使用sleep函数睡眠了2秒，但是函数父进程的执行顺序在子进程后，这就是vfork的特性。

当我们将以上代码中的exit(0)换成return 0时，则会出现如下错误。

出现以上错误的原因是当子进程使用return退出时，操作系统也会把栈清空，那么当父进程继续使用return退出时，则会发现栈已经被清空了，这就相当于free两次同一块内存，因此会出现错误。

编程要求

本关的编程任务是补全右侧代码片段中Begin至End中间的代码，具体要求如下：

  • 补全createProcess函数，使用vfork函数创建进程，并在子进程中输出"Children"字符串(提示：需要换行)，在父进程中输出"Parent"字符串(提示：需要换行)。

测试说明

本关的测试需要用户在右侧代码页中补全代码，然后点击评测按钮，平台会自动验证用户是否按照要求去检测结果。

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>/* 提示: 不要在子进程中使用return来退出程序
*/
void createProcess()
{/ BEGIN /pid_t pid=vfork();if(pid==-1){printf("创建进程失败(%s)!\\n", strerror(errno));}else if(!pid){sleep(2);printf("Children\\n",getpid(),getppid());}else{printf("Parent\\n",getpid(),getppid());}/ END /exit(0);
}

 第四关链接--头歌(Linux之进程管理一):第4关：进程终止_小妞无语的博客-CSDN博客

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