Różnica między fork (), vfork (), exec () i clone()

• execve() zastępuje bieżący obraz wykonywalny innym obrazem załadowanym z pliku wykonywalnego.
• fork() tworzy proces potomny.
• {[2] } jest historycznie zoptymalizowaną wersją fork(), przeznaczoną do użycia, gdy execve() jest wywoływana bezpośrednio po fork(). Okazało się, że działa dobrze w systemach innych niż MMU (gdzie fork() nie może działać wydajnie) i kiedy fork()ing procesy z ogromnym śladem pamięci, aby uruchomić jakiś mały program (pomyśl o Javie Runtime.exec()). POSIX ustandaryzował posix_spawn() w celu zastąpienia tych ostatnich dwóch bardziej nowoczesnych zastosowań vfork().
• posix_spawn() robi odpowiednik fork()/execve(), a także pozwala na żonglowanie fd pomiędzy. Ma zastąpić fork()/execve(), głównie dla platform spoza MMU.
• pthread_create() tworzy nowy wątek.
• clone() jest wywołaniem specyficznym dla Linuksa, które może być użyte do implementacji wszystkiego od fork() do pthread_create(). Daje dużo kontroli. Zainspirowany rfork().
• rfork() to połączenie specyficzne dla planu-9. To ma być Rodzajowy wywołanie, pozwalające na kilka stopni współdzielenia, pomiędzy Pełnymi procesami i wątkami.

1. fork() - tworzy nowy proces potomny, który jest kompletną kopią procesu nadrzędnego. Procesy potomne i nadrzędne używają różnych wirtualnych przestrzeni adresowych, które początkowo są wypełniane przez te same strony pamięci. Następnie, w miarę wykonywania obu procesów, wirtualne przestrzenie adresowe zaczynają się coraz bardziej różnić, ponieważ system operacyjny wykonuje leniwe kopiowanie stron pamięci, które są pisane przez jeden z tych dwóch procesów i przypisuje niezależne kopie zmodyfikowanych stron pamięci dla każdego procesu. Technika ta nazywana jest Copy-On-Write (COW).
2. vfork() - tworzy nowy proces potomny, który jest "szybką" kopią procesu nadrzędnego. W przeciwieństwie do wywołania systemowego fork(), procesy potomne i nadrzędne mają tę samą wirtualną przestrzeń adresową. Uwaga! Używając tej samej wirtualnej przestrzeni adresowej, zarówno rodzic, jak i dziecko używają tego samego stosu, wskaźnika stosu i wskaźnika instrukcji, jak w przypadku klasycznego fork()! Aby zapobiec niechcianej ingerencji rodzica proces potomny, który używa tego samego stosu, jest wstrzymywany do momentu wywołania exec() (utworzenia nowej wirtualnej przestrzeni adresowej i przejścia do innego stosu) lub _exit() (zakończenia wykonywania procesu). vfork() jest optymalizacją fork() dla modelu "fork-and-exec". Może być wykonywana 4-5 razy szybciej niż fork(), ponieważ w przeciwieństwie do fork() (nawet z krową trzymaną w umyśle), implementacja vfork() wywołania systemowego nie obejmuje utworzenia nowego adresu miejsce (przydzielanie i zakładanie nowych katalogów stron).
3. clone() - tworzy nowy proces potomny. Różne parametry tego wywołania systemowego określają, które części procesu nadrzędnego muszą zostać skopiowane do procesu podrzędnego i które części będą współdzielone między nimi. W rezultacie to wywołanie systemowe może być używane do tworzenia wszelkiego rodzaju jednostek wykonawczych, począwszy od wątków, a skończywszy na całkowicie niezależnych procesach. W rzeczywistości, clone() wywołanie systemowe jest bazą, która jest używana do implementacja pthread_create() i całej rodziny wywołań systemowych fork().
4. exec() - resetuje całą pamięć procesu, wczytuje i parsuje podany plik binarny wykonywalny, ustawia nowy stos i przekazuje kontrolę do punktu wejścia załadowanego pliku wykonywalnego. To wywołanie systemowe nigdy nie zwraca kontroli do dzwoniącego i służy do ładowania nowego programu do już istniejącego procesu. To wywołanie systemowe z wywołaniem systemowym fork() razem tworzą klasyczny model zarządzania procesami UNIX o nazwie "fork-and-exec".

Fork(),vfork() i clone() wywołują do_fork (), aby wykonać prawdziwą pracę, ale z różnymi parametrami.

asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs regs)
{
    return do_fork(SIGCHLD, regs.esp, &regs, 0);
}

asmlinkage int sys_clone(struct pt_regs regs)
{
    unsigned long clone_flags;
    unsigned long newsp;

    clone_flags = regs.ebx;
    newsp = regs.ecx;
    if (!newsp)
        newsp = regs.esp;
    return do_fork(clone_flags, newsp, &regs, 0);
}
asmlinkage int sys_vfork(struct pt_regs regs)
{
    return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, regs.esp, &regs, 0);
}
#define CLONE_VFORK 0x00004000  /* set if the parent wants the child to wake it up on mm_release */
#define CLONE_VM    0x00000100  /* set if VM shared between processes */

SIGCHLD means the child should send this signal to its father when exit.

Dla fork, dziecko i ojciec mają niezależną tabelę stron maszyny wirtualnej, ale ponieważ wydajność, fork tak naprawdę nie skopiuje żadnych stron, po prostu ustawia wszystkie strony do odczytu tylko dla procesu potomnego. Więc kiedy proces potomny chce coś napisać na tej stronie, zdarza się wyjątek strony i kernel przydziela nową stronę sklonowaną ze starej strony z uprawnieniami do zapisu. To się nazywa "Kopiuj przy zapisie".

Dla vfork, pamięć wirtualna jest dokładnie przez dziecko i ojca - - - tylko dlatego, ojciec i dziecko nie mogą być obudzeni jednocześnie, ponieważ będą wpływać na siebie nawzajem. Tak więc ojciec uśpi się na końcu "do_fork ()" i obudzi się, gdy dziecko wywoła exit () lub execve (), ponieważ wtedy będzie właścicielem nowej tabeli stron. Oto kod (w do_fork ()), który ojciec śpi.

if ((clone_flags & CLONE_VFORK) && (retval > 0))
down(&sem);
return retval;

Oto kod(w mm_release() wywołany przez exit() i execve ()), który budzi Ojcze.

up(tsk->p_opptr->vfork_sem);

Dla sys_clone () jest bardziej elastyczna, ponieważ można do niej wprowadzić dowolne clone_flags. Tak więc pthread_create () wywołuje to wywołanie systemowe z wieloma clone_flags:

Int clone_flags = (CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGNAL | CLONE_SETTLS | CLONE_PARENT_SETTID | CLONE_CHILD_CLEARTID | CLONE_SYSVSEM);

Podsumowanie: fork(),vfork() i clone() będą tworzyć procesy potomne z innym montowaniem współdzielenia zasobów z procesem macierzystym. Możemy również powiedzieć, że vfork() i clone () mogą tworzyć wątki (w rzeczywistości są to procesy, ponieważ mają niezależne task_struct), ponieważ dzielą tabelę stron maszyny Wirtualnej z procesem macierzystym.

W fork(), proces potomny lub rodzic będzie uruchamiany na podstawie wyboru procesora.. Ale w vfork(), na pewno child uruchomi się jako pierwszy. gdy dziecko zostanie zakończone, rodzic uruchomi się.