一次 Fork 引發(fā)的慘案！
“你還有什么要說的嗎?沒有的話我就要動手了”，kill程序最后問道。
這一次，我沒有再回答。
只見kill老哥手起刀落，我短暫的一生就這樣結束了···
我是一個網(wǎng)絡程序，一直以來都運行在Windows系統(tǒng)上，日子過得很舒服。可前段時間，程序員告訴我要把我移植到Linux系統(tǒng)下運行，需要對我大動手術，我平靜的生活就這樣被打破了。
來到這個叫Linux的地方運行，一切對我都很陌生，沒有了熟悉的C盤、D盤和E盤，取而代之的是各種各樣的目錄。
- /bin
- /boot
- /etc
- /dev
- /mnt
- /opt
- /proc
- /home
- /usr
- /usr64
- /var
- /sys
- ...
這里很有意思，一切都是文件，硬件設備是文件、管道是文件、網(wǎng)絡套接字也是文件，搞得我很不適應。
這些都還好，我都還能接受，但直到今天···
奇怪的fork
今天早上，我收到了一個網(wǎng)絡請求，需要完成一個功能，這個工作比較耗時，我準備創(chuàng)建一個子進程，讓我的小弟去完成。
這是我第一次在Linux系統(tǒng)上創(chuàng)建進程，有點摸不著北，看了半天，只看到程序員在我的代碼里寫了一個fork函數(shù)：
- pid_t pid=fork();
- if ( pid > 0 ) {
- ···
- } else if( pid == 0 ) {
- ···
- } else {
- ···
- }
我晃晃悠悠的來到fork函數(shù)的門前，四處觀察。
“您是要創(chuàng)建進程嗎?”，fork函數(shù)好像看出了我的來意。
“是的，我是第一次在這里創(chuàng)建進程，以前我在Windows那片兒的時候，都是調(diào)用CreateProcess，但這里好像沒有叫這個名字的函數(shù)···”
fork函數(shù)聽后笑了起來，說道：“別找了，我就是負責創(chuàng)建進程的函數(shù)”
“你?fork不是叉子的意思嗎，好端端的干嘛取這么個名字?”，我一邊說，一邊朝fork函數(shù)走去。
fork沒有理會我的問題，只是說道：“您這邊稍坐一下，我要跟內(nèi)核通信一下，讓內(nèi)核創(chuàng)建一個子進程”
這下我倒是明白他的意思，像創(chuàng)建進程這種操作，都是由操作系統(tǒng)內(nèi)核中的系統(tǒng)調(diào)用來完成的，而像fork這些我們可以直接調(diào)用的函數(shù)只是應用層的接口而已，這跟以前在Windows上是一樣的。
不過我突然反應過來，著急問道：“唉，我還沒告訴你要創(chuàng)建的進程參數(shù)呢，你怎么知道要啟動哪個程序?”
fork撲哧一下笑出了聲，不過并沒有回答我的問題。
人生地不熟的，我也沒好再多問，只好耐心等待，等待期間我竟然睡著了。
“醒醒”，不知過了多久，fork函數(shù)叫醒了我：“創(chuàng)建完成了，請拿好，這是進程號pid”，說完給了我一個數(shù)字。
我攤開一看，居然寫了一個大大的0!
“怎么搞的，創(chuàng)建失敗了?”，我問到。
“沒有啊，您就是剛剛創(chuàng)建的子進程”
“啥?你是不是搞錯了，我就是專程來創(chuàng)建子進程的，我自己怎么會是子進程?”
fork函數(shù)又笑了，“我沒有搞錯，您其實已經(jīng)不是原來的你了，而是一個復制品，是內(nèi)核剛剛復制出來的”
“復制品?什么意思?”，我越聽越懵!
“每個進程在內(nèi)核中都是一個task_struct結構，剛才您睡著期間，內(nèi)核在創(chuàng)建進程的時候，把內(nèi)核中原來的你的task_struct復制了一份，還創(chuàng)建了一個全新的進程地址空間和堆棧，現(xiàn)在的你和原來的你除了極少數(shù)地方不一樣，基本上差不多”
“那原來的我呢?去哪里了”
“他已經(jīng)變成你的父進程了，我是一個特殊的函數(shù)，一次調(diào)用會返回兩次，在父進程和子進程中都會返回。在原來的進程中，我把你的進程號給了他，而我返回給你0，就表示你現(xiàn)在就是子進程”
原來是這樣，我大受震撼，這簡直顛覆我的認知，居然還有如此奇特的函數(shù)，調(diào)用一次，就變成了兩個進程，思考之間，我忽然有些明白這個函數(shù)為什么要叫fork的原因了。
寫時拷貝
“您是剛來咱們這里吧，可能還不太熟悉，慢慢就習慣了”
“你們這效率也太高了吧，整個進程地址空間那么大，居然這么快就復制了一份!”
fork函數(shù)又笑了!難道我又說錯話了?
“進程的內(nèi)存地址空間可沒有復制，你現(xiàn)在和父進程是共享的內(nèi)存空間的”
“啥?共享?你剛才不是說創(chuàng)建了新的進程空間和堆棧嗎?”
“您看到的內(nèi)存地址空間是虛擬的，您的內(nèi)存頁面和父進程的內(nèi)存頁面實際上是映射的同一個物理內(nèi)存頁，所以實際上是共享的喲”
“原來是這樣，可是弄成共享了，兩個進程一起用，豈不是要出亂子?”
“放心，內(nèi)核把這些頁面都設置成了只讀，如果你們只是讀的話，不會有問題，但只要有一方嘗試寫入，就會觸發(fā)異常，內(nèi)核發(fā)現(xiàn)異常后再去分配一個新的頁面讓你們分開使用。哦對了，這個叫寫時拷貝(COW) 機制”
“有點意思，你們倒是挺聰明的”
“沒辦法，盡量壓縮成本，提高創(chuàng)建進程的效率嘛，因為進程中的很多內(nèi)存頁面都只會去讀，如果全部無腦拷貝一份，那不是太浪費資源和時間了嗎”，fork函數(shù)說到。
“有道理，有道理”，我點了點頭，告別了fork函數(shù)，準備回去繼續(xù)工作。
消失的線程們
本以為這奇怪的進程創(chuàng)建方式已經(jīng)讓我大開眼界了，沒想到可怕的事情才剛剛開始。
告別fork函數(shù)沒多久，我就卡在了一個地方?jīng)]法執(zhí)行下去，原來，前面有一把鎖被別的線程占用了，而我現(xiàn)在也需要占用它。
這倒也不足為奇，以往工作的時候，也經(jīng)常碰到鎖被別的線程鎖定的情況，但這一次，我等了很久也一直不見有線程來釋放。
“喂，醒醒”
不知過了多久，我竟然又睡著了。
睜開眼睛，另一個程序站出現(xiàn)在了我的面前。
“你是?”
“你好，我是kill”
“kill?那個專門殺進程的kill程序?你來找我干嘛”，我驚的一下睡意全無。
kill程序從背后拿出了兩個數(shù)字：9，1409
“你看，這是我收到的參數(shù)，1409是你的進程號PID，9表示要強制殺死你”
“啊?為什么?”，那一刻，我徹底慌了。
“可能是你卡死在這里太久了吧，人類才啟動我來結束你的運行”，kill程序說到。
“是啊，不知道是哪個該死的線程占用了這把鎖一直不釋放，我才卡在這里”，我委屈的說到。
“哪里有別的線程，我看了一下，你這進程就只有一個線程啊!”
“你看錯了吧?”，說完，我認真檢查了起來，居然還真只有一個線程了!我白等了這么久!
“奇怪了，我明明是一個多線程的程序啊!”，我眉頭緊鎖。
“你仔細想想，剛才有沒有發(fā)生什么事情?”，kill程序問到。
“我就執(zhí)行了一下fork，生成了一個子進程，哦對了，我就是那個子進程”
“難怪!”，kill程序恍然大悟。
“難怪什么?
“fork那家伙創(chuàng)建子進程的時候，只會復制當前的線程，其他線程不會被復制!”，Kill程序說完嘆了口氣，仿佛已經(jīng)見怪不怪了。
“what?怎么會這樣?其他線程沒復制，那豈不是要出亂子?”
kill程序不緊不慢地說道：“這都是歷史遺留問題了，早期都是單線程的程序，一個task_struct就是一個進程，fork這樣做是沒有問題的，后來出現(xiàn)了多線程技術，一個task_struct實際上是一個線程了，多個task_struct通過共享地址空間，成為一個線程組，也就是進程，但fork仍然只復制當前的線程，就有了這個問題”
“我去，這坑爹的fork!”
“你不是第一個被坑的了!等著程序員把你重新改造下吧”
“唉···”，我長長的嘆了口氣。
“你還有什么要說的嗎?沒有的話我就要動手了”，kill程序最后問道。
這一次，我沒有再回答。
只見kill老哥手起刀落，一切都消失了···
