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fork

fork 函數創建子進程成功后，父進程返回子進程的 pid，子進程返回0。具體描述如下：

• fork返回值為-1， 代表創建子進程失敗
• fork返回值為0，代表子進程創建成功，這個分支是子進程的運行邏輯
• fork返回值大于0，這個分支是父進程的運行邏輯，并且返回值等于子進程的 pid

我們看下通過 fork 系統調用來創建子進程的例子:

#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
  
int main() 
{ 
   pid_t pid = fork(); 
  
   if(pid == -1){ 
       printf("create child process failed!\n"); 
       return -1; 
   }else if(pid == 0){ 
       printf("This is child process!\n"); 
   }else{ 
       printf("This is parent process!\n"); 
       printf("parent process pid = %d\n",getpid()); 
       printf("child process pid = %d\n",pid); 
   } 
  
   getchar(); 
  
   return 0; 
} 

運行結果：

$ ./a.out 
This is parent process! 
parent process pid = 25483 
child process pid = 25484 
This is child process! 

從上面的運行結果來看，子進程的pid=25484， 父進程的pid=25483。

在前面介紹內存缺頁異常的時候，提到寫時復制 COW 是一種推遲或者避免復制數據的技術，主要用在 fork 系統調用里，當執行 fork 創建新子進程時，內核不需要復制父進程的整個進程地址空間給子進程，而是讓父進程和子進程共享同一個副本，只有寫入時，數據才會被復制。我們用一個簡單里的例子描述下：

#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
 
int peter = 10; 
 
int main() 
{ 
  pid_t pid = fork(); 
 
  if(pid == -1){ 
      printf("create child process failed!\n"); 
      return -1; 
  }else if(pid == 0){ 
      printf("This is child process, peter = %d!\n", peter); 
      peter = 100; 
      printf("After child process modify peter = %d\n", peter); 
  }else{ 
      printf("This is parent process = %d!\n", peter); 
  } 
 
  getchar(); 
 
  return 0; 
} 

執行結果：

$ ./a.out 
This is parent process = 10! 
This is child process, peter = 10! 
After child process modify peter = 100 

從運行結果可以看到，不論子進程如何去修改 peter 的值，父進程永遠看到的是自己的那一份。

vfork

接下來看下使用 vfork 來創建子進程:

#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
 
int peter = 10; 
 
int main() 
{ 
  pid_t pid = vfork(); 
 
  if(pid == -1){ 
      printf("create child process failed!\n"); 
      return -1; 
  }else if(pid == 0){ 
      printf("This is child process, peter = %d!\n", peter); 
      peter = 100; 
      printf("After child process modify peter = %d\n", peter); 
      exit(0); 
  }else{ 
      printf("This is parent process = %d!\n", peter); 
  } 
 
  getchar(); 
 
  return 0; 
} 

運行結果：

$ ./a.out 
This is child process, peter = 10! 
After child process modify peter = 100 
This is parent process = 100! 

從運行結果中可以看出，當子進程修改了 peter=100 之后，父進程中打印 peter 的值也是100。

pthread_create

現在我們知道了創建進程有兩種方式：fork，vfork。那么創建線程呢?

線程的創建接口是用 pthread_create:

#include <pthread.h> 
#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
#include <sys/syscall.h> 
 
int peter = 10; 
 
static pid_t gettid(void) 
{ 
 return syscall(SYS_gettid); 
} 
 
static void* thread_call(void* arg) 
{ 
 peter = 100; 
 printf("create thread success!\n"); 
 printf("thread_call pid = %d, tid = %d, peter = %d\n", getpid(), gettid(), peter); 
 return NULL; 
} 
 
int main() 
{ 
 int ret; 
 pthread_t thread; 
 
 ret = pthread_create(&thread, NULL, thread_call, NULL); 
 if(ret == -1) 
     printf("create thread faild!\n"); 
 
 ret = pthread_join(thread, NULL); 
 if(ret == -1) 
     printf("pthread join failed!\n"); 
 
 printf("process pid = %d, tid = %d, peter = %d\n", getpid(), gettid(), peter); 
 
 return ret; 
} 

運行結果：

$ ./a.out 
create thread success! 
thread_call pid = 9719, tid = 9720, peter = 100 
process pid = 9719, tid = 9719, peter = 100 

從上面的結果可以看出：進程和線程的 pid 都是相同的。當線程修改了 peter = 100 之后，父進程中打印 peter 的值也是100。

進程線程創建總圖

上面介紹了用戶態創建進程和線程的方式，以及各個方式的特點。關于其底層的實現本質，我們后面會詳細講解。這里先提供一下三者之間的關系，可見三者最終都會調用 do_fork 實現。

但是內核態沒有進程線程的概念，內核中只認 task_struct 結構，只要是 task_struct 結構就可以參與調度。關于內核態的任務創建，我們下文見。