fork()

当fork函数被当前函数调用时，内核为新进程创建各种数据结构，并分配给它一个唯一的PID。为了给这个新进程创建虚拟内存，它创建了当前进程的mm_struct，区域结构和页表的原样副本，并将两个进程中的每个区域结构都标记为私有的写时复制。

当fork在新进程中返回时，新进程现在的虚拟内存刚好和调用fork时存在的虚拟内存相同。当这两个进程中的任一个后来进行写操作时，写时复制机制就会创建新页面。因此，也就为每个进程保持了私有地址空间的抽象概念。

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

int main()
{
    pid_t pid;
    int cnt = 0;
    pid = fork();
    if(pid<0)
        printf("error in fork!\n");
    else if(pid == 0)
    {
        cnt++;
        printf("cnt=%d\n",cnt);
        printf("I am the child process,ID is %d\n",getpid());
    }
    else
    {
        cnt++;
        printf("cnt=%d\n",cnt);
        printf("I am the parent process,ID is %d\n",getpid());
    }
    return 0;
}

运行结果：

cnt=1
I am the parent process,ID is 3138
cnt=1
I am the child process,ID is 3139

vfork()

vfork()保证子进程先运行，在调用 exec 或 exit 之前与父进程数据是共享的。父进程在子进程调用 exec 或 exit 之后才可能被调度运行，如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作，则会导致死锁。

vfork()创建的子进程如果没有调用exec或exit会发送错误。

子进程调用exit结束

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

int main()
{
    pid_t pid;
    int cnt = 0;
    pid = vfork();
    if(pid<0)
        printf("error in fork!\n");
    else if(pid == 0)  // 子进程
    {
        cnt++;
        printf("cnt=%d\n",cnt);
        printf("I am the child process,ID is %d\n",getpid());
        _exit(0);  // 调用 exit()
    }
    else
    {
        cnt++;
        printf("cnt=%d\n",cnt);
        printf("I am the parent process,ID is %d\n",getpid());
    }
    return 0;
}

运行结果：

cnt=1
I am the child process,ID is 3222
cnt=2
I am the parent process,ID is 3221

cnt递增，说明vfork两进程共用地址空间，没有写时复制。

子进程调用exec加载和执行新程序

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

int main()
{
    pid_t pid;
    int cnt = 0;
    pid = vfork();
    if(pid<0)
        printf("error in fork!\n");
    else if(pid == 0)
    {
        cnt++;
        printf("cnt=%d\n",cnt);
        printf("I am the child process,ID is %d\n",getpid());
        char *argv[ ]={NULL};
        char *envp[ ]={NULL};
        execve("/home/ooc/test/cpp/b.out",argv,envp);
        // b.out 输出 "execve() is running"
    }
    else
    {
        cnt++;
        printf("cnt=%d\n",cnt);
        printf("I am the parent process,ID is %d\n",getpid());
    }
    return 0;
}

运行结果：

cnt=1
I am the child process,ID is 3802
cnt=2
I am the parent process,ID is 3801
execve() is running

调用 execve 时，会加载b.out代替当前程序，这个过程会创建自己的地址空间，为新程序的代码、数据、bss和栈区域创建新的区域结构，映射共享区域，设置程序计数器等等。

clone()

clone函数功能强大，带了众多参数，因此由他创建的进程要比前面2种方法要复杂。

clone可以让你有选择性的继承父进程的资源，你可以选择想vfork一样和父进程共享一个虚存空间，从而使创造的是线程，你也可以不和父进程共享，你甚至可以选择创造出来的进程和父进程不再是父子关系，而是兄弟关系。

int clone(int (fn)(void ), void *child_stack, int flags, void *arg);

总结

vfork用于创建一个新进程，而该新进程的目的是exec一个新进程，vfork和fork一样都创建一个子进程，但是它并不将父进程的地址空间完全复制到子进程中，不会复制页表。因为子进程会立即调用exec，于是也就不会存放该地址空间。不过在子进程中调用exec或exit之前，他在父进程的空间中运行。

为什么会有vfork,因为以前的fork 很傻， 它创建一个子进程时，将会创建一个新的地址空间，并且拷贝父进程的资源，而往往在子进程中会执行exec 调用，这样，前面的拷贝工作就是白费力气了，这种情况下，聪明的人就想出了vfork，它产生的子进程刚开始暂时与父进程共享地址空间（其实就是线程的概念了），因为这时候子进程在父进程的地址空间中运行，所以子进程最好不要进行写操作，在子进程执行exec或者exit之前，父进程也处于阻塞状态。

vfork和fork之间的另一个区别是： vfork保证子进程先运行，在它调用exec或exit之后父进程才可能被调度运行。如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作，则会导致死锁。由此可见，这个系统调用是用来启动一个新的应用程序。其次，子进程在vfork()返回后直接运行在父进程的栈空间，并使用父进程的内存和数据。这意味着子进程可能破坏父进程的数据结构或栈，造成失败。所以子进程还最好避免改变全局数据结构或全局变量中的任何信息，因为这些改变都有可能使父进程不能继续。通常，如果应用程序不是在fork()之后立即调用exec()，就有必要在fork()被替换成vfork()之前做仔细的检查。

用vfork函数创建子进程后，子进程往往要调用一种exec函数以执行另一个程序，当进程调用一种exec函数时，该进程完全由新程序代换，而新程序则从其main函数开始执行，因为调用exec并不创建新进程，所以前后的进程id并未改变，exec只是用另一个新程序替换了当前进程的正文，数据，堆和栈段。