Какие системные вызовы Linux используются для создания процесса

1️⃣ Как кратко ответить

В Linux для создания процесса используются системные вызовы fork(), vfork(), и clone(). fork() создает новый процесс, копируя текущий, vfork() оптимизирует создание процесса для последующего вызова exec(), а clone() предоставляет более гибкие возможности управления пространством памяти и ресурсами между процессами.

2️⃣ Подробное объяснение темы

В операционных системах Linux создание нового процесса — это ключевая операция, которая позволяет выполнять программы и задачи. Для этого используются системные вызовы, которые взаимодействуют с ядром системы. Рассмотрим основные из них:

fork()

fork() — это системный вызов, который создает новый процесс, называемый дочерним, путем копирования текущего процесса, называемого родительским. Дочерний процесс получает копию адресного пространства родительского процесса, включая все переменные, файловые дескрипторы и контекст выполнения.

Пример использования fork():

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
​
int main() {
    pid_t pid = fork(); // Создание нового процесса
​
    if (pid < 0) {
        // Ошибка при создании процесса
        perror("fork failed");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        // Код, выполняемый дочерним процессом
        printf("This is the child process\n");
    } else {
        // Код, выполняемый родительским процессом
        printf("This is the parent process\n");
    }
​
    return 0;
}

• pid_t pid = fork(); — вызывает системный вызов fork(), который возвращает идентификатор процесса (PID). В дочернем процессе pid будет равно 0, а в родительском — PID дочернего процесса.
• if (pid < 0) — проверка на ошибку при создании процесса.
• else if (pid == 0) — блок кода, который выполняется только в дочернем процессе.
• else — блок кода, который выполняется только в родительском процессе.

vfork()

vfork() — это оптимизированная версия fork(), которая используется, когда дочерний процесс должен немедленно вызвать exec() для замены своего адресного пространства новой программой. vfork() не копирует адресное пространство родительского процесса, что делает его более эффективным, но требует осторожности, так как родительский процесс блокируется до завершения дочернего.

clone()

clone() — это более сложный системный вызов, который позволяет создавать процессы с более тонким контролем над тем, какие ресурсы будут разделяться между родительским и дочерним процессами. Он используется для создания потоков и контейнеров, предоставляя возможность указать флаги, которые определяют, какие части состояния процесса будут общими.

Пример использования clone():

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
​
int childFunc(void *arg) {
    printf("Child process\n");
    return 0;
}
​
int main() {
    const int STACK_SIZE = 1024 * 1024;
    char *stack = malloc(STACK_SIZE);
​
    if (!stack) {
        perror("malloc failed");
        return 1;
    }
​
    pid_t pid = clone(childFunc, stack + STACK_SIZE, CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND | CLONE_THREAD, NULL);
​
    if (pid == -1) {
        perror("clone failed");
        free(stack);
        return 1;
    }
​
    printf("Parent process\n");
    sleep(1); // Даем время дочернему процессу завершиться
    free(stack);
    return 0;
}

• #define _GNU_SOURCE — определяет макрос для использования расширенных возможностей GNU, включая clone().
• int childFunc(void *arg) — функция, которая будет выполняться в дочернем процессе.
• char *stack = malloc(STACK_SIZE); — выделение памяти для стека дочернего процесса.
• pid_t pid = clone(childFunc, stack + STACK_SIZE, CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND | CLONE_THREAD, NULL); — вызов clone(), который создает новый процесс, используя указанные флаги для разделения ресурсов.
• free(stack); — освобождение памяти, выделенной для стека.

Эти системные вызовы являются основой для управления процессами в Linux и позволяют эффективно использовать ресурсы системы, обеспечивая гибкость и контроль над выполнением программ.