vfork函數詳解

一、vfork函數簡介

vfork是Unix系統中的一個系統調用，與fork函數類似，但是vfork比fork更加高效，因為它不必複製整個進程的地址空間。vfork只是複製進程的頁表，並在子進程的用戶地址空間中重新設置頁表。

pid_t vfork(void);

在調用vfork之後，返回值將根據子進程的情況而有所不同：如果vfork成功創建了子進程，則子進程返回0；如果vfork失敗，返回值將是一個負數；如果vfork導致父進程被阻塞，則返回子進程的pid。

二、vfork函數的用途

vfork的主要用途是在進程間共享代碼。

我們可以把要執行的代碼放在一個共享庫函數里，然後讓進程使用vfork在子進程中執行。共享庫函數可以減少代碼複製帶來的額外開銷，並在進程間提供常用函數調用。

/*共享庫函數*/
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中的注意事項

1. 子進程必須立即執行exit或exec

由於子進程與父進程共享地址空間，因此在子進程中更改變數的值可能會影響父進程以及其他子進程的行為。因此，子進程必須立即退出(exit)或者調用exec以啟動另一個程序。

/*錯誤的用法*/
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);
    }
}

/*正確的用法*/
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();
    //輸出結果：a = 1

    right_usage();
    //輸出結果：a = 0
}

2. 父進程在子進程退出或調用exec之前被阻塞

當父進程調用vfork時，在子進程調用exit或exec之前，父進程將被阻塞，在等待子進程完成的同時，將有可能導致死鎖的情況出現。

當需要在父進程中繼續使用子進程創建的文件描述符時，父進程需要顯式地等待子進程退出或調用exec。

/*程序以vfork的方式創建一個子進程來執行命令*/
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

雖然vfork比fork高效，但是在使用vfork時一定要注意，因為它與fork的用途不同，使用不當容易導致一些奇怪的問題。

vfork過程中，父進程被暫停執行，子進程與父進程共享同一套地址空間。對進程內存地址的直接操作可能會影響父進程中的變數，所以在使用vfork的時候要特別小心。

四、總結

vfork是Unix系統中常用的系統調用之一，它比fork更加高效，可以在進程間共享代碼，使用vfork的注意事項有：子進程必須立即執行exit或exec；父進程在子進程退出或調用exec之前被阻塞；慎用vfork。