在之前的博客 進程控制【創建、等待、終止和替換】 - CSDN博客 https://blog.csdn.net/qq_37964547/article/details/79720027中只是簡單的講到了fork函數，但並沒有深入，今天在複習知識的時候，就把fork函數重新學習了一遍，做了一下總結。
在Linux中，fork函數是非常重要的函數，他從一個已存在的進程中創建一個新進程；新進程爲子進程，而原進程稱爲父進程。接下來我們一起來系統的解析一下fork函數的調用原理：
1、fork函數原型
#include<unistd.h>
pid_t fork(void)
返回值：
pid_t 是進程描述符，實質就是一個int，如果fork函數調用失敗，返回一個負數，調用成功則返回兩個值：0和子進程ID。
函數功能：
以當前進程作爲父進程創建出一個新的子進程，並且將父進程的所有資源拷貝給子進程，這樣子進程作爲父進程的一個副本存在。父子進程幾乎時完全相同的，但也有不同的如父子進程ID不同。
需要注意的是：
當fork系統調用成功時，它會返回兩個值：一個是0，另一個是所創建的新的子進程的ID（>0）。當fork成功調用後此時有兩個數據相同的父子進程，我們可以通過fork的返回值來判斷接下來程序是在執行父進程還是子進程。
- id==0：執行子進程
- id>0：在父進程中執行
- id<0：fork函數調用失敗
2、fork函數的底層實現原理
fork()系統調用通過複製一個現有進程來創建一個全新的進程。進程被存放在一個叫做任務隊列的雙向循環鏈表當中，鏈表當中的每一項都是類型爲task_struct稱爲進程描述符的結構，也就是我們寫過的進程PCB.
Tips：內核通過一個位置的進程標識值或PID來標識每一個進程。//最大值默認爲32768，short int短整型的最大值.，他就是系統中允許同時存在的進程最大的數目。
可以到目錄 /proc/sys/kernel中查看pid_max：
當進程調用fork後，當控制轉移到內核中的fork代碼後，內核會做4件事情:
1、分配新的內存塊和內核數據結構給子進程2、將父進程部分數據結構內容拷貝至子進程
3、添加子進程到系統進程列表當中
4、fork返回，開始調度器調度
在這裏有一個疑問，那麼fork函數在底層到底做了什麼呢？
Linux平臺通過clone()系統調用實現fork()。 fork()，vfork()和clone()庫函數都根據各自需要的參數標誌去調用clone()，然後由clone()去調用do_fork()， 再然後do_fork()完成了創建中的大部分工作，該函數調用copy_process().做最後的那部分工作。具體的圖解是借用一位寫的非常好的大神的博客https://blog.csdn.net/Dawn_sf/article/details/78709839
那麼fork函數爲什麼是一次調用，卻返回了兩次呢？- 當程序執行到下面的語句： pid=fork();
由於在複製時複製了父進程的堆棧段，所以兩個進程都停留在fork函數中，等待返回。因此fork函數會返回兩次，一次是在父進程中返回，另一次是在子進程中返回，這兩次的返回值是不一樣的。
fork調用的一個奇妙之處就是它僅僅被調用一次，卻能夠返回兩次，它可能有三種不同的返回值：1）在父進程中，fork返回新創建子進程的進程ID；
2）在子進程中，fork返回0；
3）如果出現錯誤，fork返回一個負值。我們可以通過fork返回的值來判斷當前進程是子進程還是父進程。通俗的解釋，可以這樣看待：“其實就相當於鏈表，進程形成了鏈表，父進程的fork函數返回的值指向子進程的進程id, 因爲子進程沒有子進程，所以其fork函數返回的值爲0.
調用fork之後，數據、堆、棧有兩份，代碼仍然爲一份但是這個代碼段成爲兩個進程的共享代碼段都從fork函數中返回。當父子進程有一個想要修改數據或者堆棧時，兩個進程真正分裂。
- 而且我們還需要注意的是：子進程的代碼是從fork處執行的，fork底層實現採用了COW（copy_on_write）技術—-寫入時拷貝
- 寫時拷貝思想：父進程和子進程共享頁幀而不是複製頁幀。然而，只要頁幀被共享，它們就不能被修改，即頁幀被保護。無論父進程還是子進程何時試圖寫一個共享的頁幀，就產生一個異常，這時內核就把這個頁複製到一個新的頁幀中並標記爲可寫。原來的頁幀仍然是寫保護的：當其他進程試圖寫入時，內核檢查寫進程是否是這個頁幀的唯一屬主，如果是，就把這個頁幀標記爲對這個進程是可寫的。
3、vfork函數
既然講到了fork函數，那麼我們很容易想到另一個創建進程的函數vfork：
vfork最初是因爲fork沒有實現COW機制，而很多情況下fork之後會緊接着exec，而exec的執行相當於之前fork複製的空間全部變成了無用功，所以設計了vfork。
函數原型
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t vfork(void);
函數解釋：
（1）vfork函數用於創建一個子進程，而子進程和父進程共享地址空間，fork的子進程具有獨立的地址空間
（2）vfork保證子進程先運行，在它調用exec或（exit）之後父進程纔可能被調度運行
注意的是：
vfork創建的子進程結束時需要調用exit（）函數退出，如果沒有調用該函數時會出現短錯誤的；這是因爲在函數棧上面，子進程運行結束了，main的函數棧被子進程釋放了，然後父進程在使用的時候，就訪問不到了，所以一旦vfork出子進程，退出的時候需要使用exit來結束。
4、fork和vfork的區別
（1）fork：子進程拷貝父進程的代碼段和數據段
vfork：子進程和父進程共享代碼段和數據段
（2）fork中父子進程的先後運行次序不定
vfork：保證子進程先運行，子進程exit後父進程纔開始被調度運行
（3） vfork （）保證子進程先運行，在她調用exec 或exit 之後父進程纔可能被調度運行。如果在 調用這兩個函數之前子進程依賴於父進程的進一步動作，則會導致死鎖。
（4）就算fork實現了寫時拷貝，但其效率仍然沒有vfork高，但是vfork在一般平臺上都存在問題，所以一般不推薦使用
