Coding — Механизм создания процессов в Linux

Создать процесс в системе можно несколькими способами, здесь я опишу как происходит создание процесса начиная с функции fork():

1 2 3

#include <sys/types.h> #include <unistd.h> pid_t fork(void);

fork() создает дочерний процесс, который является практически точной копией родительского процесса. Одним из различий являются значения PID и PPID.
fork() при успешном вызове возвращает два значения, одно в родительский — PID созданного потомка, а второе в дочерний — 0. Если же вызов оказался неудачным, то родителю возвращается -1, потомок не создается, а в errno устанавливается код ошибки.
Возвращаемое значение имеет тип pid_t, хотя на самом деле это обычное целое (int). Это можно проследить в коде ядра:

1 2 3 4

#define pid_t __pid_t (<sys/types.h>) #define __pid_t __PID_T_TYPE (<bits/types.h>) #define __PID_T_TYPE __S32_TYPE (<bits/typesizes.h>) #define __S32_TYPE int (<bits/types.h>)

Приведем простой пример использования функции fork():

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

/* fork_ex.c --- простой пример использования fork() */ #include <stdio.h> /* printf */ #include <sys/wait.h> /* waitpid */ #include <errno.h> /* perror */ #include <sys/types.h> /* fork */ #include <unistd.h> /* fork */ int main(void) { pid_t pid; int status; switch(pid = fork()) { case -1: perror("fork"); return -1; case 0: printf("Выполняется дочерний процесс\n"); exit(4); } printf("Выполняется родительский процесс\n"); printf("Идентификатор дочернего процесса - %d\n", pid); if ((pid = waitpid(pid, &status;, 0)) && WIFEXITED(status)) { printf("Дочерний процесс с PID = %d \ завершил выполнение", pid); printf("Код статуса завершения \ равен %d", WEXITSTATUS(status)); } return 0; }

Функция fork(), в свою очередь, вызывает системный вызов sys_clone(). В этом можно убедиться, если выполнить трассировку программы с помощью команды strace или ltrace:

1 2 3 4 5 6 7 8 9

$ strace ./fork_ex ... clone(Выполняется дочерний процесс child_stack=0, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=0xb7eab708) = 9500 ... $ ltrace -S ./fork_ex ... SYS_clone(0x1200011, 0, 0, 0, 0xb7eab708 Выполняется дочерний процесс ) = 9500 ...

Системный вызов sys_clone (определен в файле arch/x86/kernel/process_XX.c), о котором можно прочитать на страницах справочного руководства man, является архитектурно-зависимым, вот его прототип (прототипы приводятся только для архитектуры x86):

1 2 3 4 5 6 7 8

/*** arch/x86/kernel/process_32.c ***/ int sys_clone(struct pt_regs *regs) /*** arch/x86/kernel/process_64.c ***/ asmlinkage longa sys_clone(unsigned long clone_flags, unsigned long newsp, void __user *parent_tid, void __user *child_tid, struct pt_regs *regs)

В любом случае sys_clone ссылается на архитектурно-независимую функцию do_fork():

1 2 3

... return do_fork(clone_flags, newsp, regs, 0, parent_tidptr,child_tidptr); ...

Функция do_fork(), как уже было сказано, является архитектурно-независимой функцией и несет ответственность за процесс дублирования. Она определена в файле kernel/fork.c, вот ее прототип:

1 2 3 4 5 6

long do_fork(unsigned long clone_flags, unsigned long stack_start, struct pt_regs *regs, unsigned long stack_size, int __user *parent_tidptr, int __user *child_tidptr)

do_fork() в свою очередь вызывает функцию copy_process(), которая выполняет фактическую работу по созданию нового процесса и повторному использованию данных родительского процесса. Ее вызов происходит следующим образом:

1 2 3 4

... p = copy_process(clone_flags, stack_start, regs, stack_size, child_tidptr, NULL, trace); ...

В итоге выстраивается следующая схема:

vfork() ->
fork () -> sys_clone() -> do_fork() -> copy_process()
clone() ->

Хочу сказать, что статью считать "от и до" своей я не могу, это своего рода "компиляция" различных статей с моими доработками.

P.S. Вот выложил pdf (и тут) с этим же текстом, плюс в нем приводится полный код функций do_fork() и copy_process() с небольшими комментариями.
P.P.S. И да, это первый пост.