Fork 、 vfork 、exec 和clone 之间的区别

在 Linux 系统编程中，fork()、vfork()、exec() 和 clone() 都是用于进程控制的系统调用，但它们的用途和行为有所不同。

1. fork()

fork() 用于创建一个新的进程，称为子进程，它是调用进程的副本。它复制了父进程的所有内存空间、打开的文件描述符等资源。父进程和子进程将从 fork() 调用后的下一条指令开始执行。

例子：

c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        // 子进程执行的代码
        printf("This is child process\n");
    } else {
        // 父进程执行的代码
        printf("This is parent process\n");
    }
    return 0;
}

2. vfork()

vfork() 也是用来创建子进程的，但它和 fork() 有所不同。vfork() 创建的子进程共享父进程的地址空间（不立即复制整个地址空间）。子进程会先运行，在它调用 exec() 或 exit() 之后父进程才可能被调度运行。vfork() 主要用于子进程很快就要调用 exec() 或 exit() 的情况，这样可以避免不必要的地址空间复制。

例子：

c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    pid_t pid = vfork();
    if (pid == 0) {
        // 子进程执行的代码
        printf("This is child process\n");
        _exit(0);  // 注意，这里使用 _exit() 而不是 exit()
    } else {
        // 父进程执行的代码
        printf("This is parent process\n");
    }
    return 0;
}

3. exec()

exec() 系列函数用于在当前进程中执行一个新的程序。它将当前进程的地址空间替换为新程序的地址空间，但进程ID不变。exec() 常在 fork() 或 vfork() 之后调用，以在子进程中运行新程序。

例子：

c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        // 子进程执行的代码
        execlp("ls", "ls", NULL);
    } else {
        // 父进程继续执行
        wait(NULL);  // 等待子进程结束
    }
    return 0;
}

4. clone()

clone() 是比 fork() 更为灵活的进程创建方式。它允许调用者指定父进程和子进程共享的资源种类，如文件描述符、地址空间等。通过传递不同的标志位，可以实现类似 fork()、vfork() 或线程（轻量级进程）的行为。

例子：

c
#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <sched.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int child_func(void* arg) {
    printf("This is child process\n");
    return 0;
}

int main() {
    const int STACK_SIZE = 65536;  // 栈大小
    char* stack = malloc(STACK_SIZE);
    if (!stack) {
        perror("Failed to allocate stack");
        exit(1);
    }
    unsigned long flags = CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND | CLONE_VM;
    pid_t pid = clone(child_func, stack + STACK_SIZE, flags, NULL);
    waitpid(pid, NULL, 0);
    free(stack);
    return 0;
}

这些系统调用是操作系统的基础，非常重要。希望这些解释和例子能帮助您理解它们之间的区别。