vfork函数详解

一、vfork函数简介

vfork是Unix系统中的一个系统调用，与fork函数类似，但是vfork比fork更加高效，因为它不必复制整个进程的地址空间。vfork只是复制进程的页表，并在子进程的用户地址空间中重新设置页表。

pid_t vfork(void);

在调用vfork之后，返回值将根据子进程的情况而有所不同：如果vfork成功创建了子进程，则子进程返回0；如果vfork失败，返回值将是一个负数；如果vfork导致父进程被阻塞，则返回子进程的pid。

二、vfork函数的用途

vfork的主要用途是在进程间共享代码。

我们可以把要执行的代码放在一个共享库函数里，然后让进程使用vfork在子进程中执行。共享库函数可以减少代码复制带来的额外开销，并在进程间提供常用函数调用。

/*共享库函数*/
void func(){
    // ...
}

/*主程序*/
int main(){
    pid_t child_pid = vfork();
    if (child_pid == 0) {
        func();
        exit(0);
    } else if (child_pid > 0) {
        waitpid(child_pid, NULL, 0);
        printf("child finished.\n");
    } else {
        printf("vfork failed.\n");
    }
    return 0;
}

三、vfork中的注意事项

1. 子进程必须立即执行exit或exec

由于子进程与父进程共享地址空间，因此在子进程中更改变量的值可能会影响父进程以及其他子进程的行为。因此，子进程必须立即退出(exit)或者调用exec以启动另一个程序。

/*错误的用法*/
void wrong_usage(){
    int a = 0;
    pid_t child_pid = vfork();
    if (child_pid == 0) {
        a++;
    } else if (child_pid > 0) {
        printf("a = %d\n", a);
    }
}

/*正确的用法*/
void right_usage(){
    int a = 0;
    pid_t child_pid = vfork();
    if (child_pid == 0) {
        a++;
        _exit(0);
    } else if (child_pid > 0) {
        waitpid(child_pid, NULL, 0);
        printf("a = %d\n", a);
    }
}

int main(){
    wrong_usage();
    //输出结果：a = 1

    right_usage();
    //输出结果：a = 0
}

2. 父进程在子进程退出或调用exec之前被阻塞

当父进程调用vfork时，在子进程调用exit或exec之前，父进程将被阻塞，在等待子进程完成的同时，将有可能导致死锁的情况出现。

当需要在父进程中继续使用子进程创建的文件描述符时，父进程需要显式地等待子进程退出或调用exec。

/*程序以vfork的方式创建一个子进程来执行命令*/
void execute_command(char *command){
    pid_t child_pid = vfork();
    if (child_pid == 0) {
        execl("/bin/sh", "sh", "-c", command, NULL);
        _exit(1);
    } else if (child_pid > 0) {
        waitpid(child_pid, NULL, 0);
    } else {
        printf("vfork failed.\n");
    }
}

int main(){
    execute_command("ls /");
}

3. 慎用vfork

虽然vfork比fork高效，但是在使用vfork时一定要注意，因为它与fork的用途不同，使用不当容易导致一些奇怪的问题。

vfork过程中，父进程被暂停执行，子进程与父进程共享同一套地址空间。对进程内存地址的直接操作可能会影响父进程中的变量，所以在使用vfork的时候要特别小心。

四、总结

vfork是Unix系统中常用的系统调用之一，它比fork更加高效，可以在进程间共享代码，使用vfork的注意事项有：子进程必须立即执行exit或exec；父进程在子进程退出或调用exec之前被阻塞；慎用vfork。