Process Creation, #3:sys_fork《基本觀念》

jollen 發表於 January 8, 2007 1:44 PM

fork() 是「Process Creation」議題的重要里程碑:提到 system call 代表著我們的研究要正式進入 kernel space 的層面了。

值得附帶一提的是,sys_fork 是一個 machine-dependent 的 system call,以 i386 為例,其實作位於 linux/arch/i386/kernel/process.c*1

Operating System 端的觀念

sys_fork 是非常重要的 system call,從作業系統的角度來解釋的話,這就是「建立 process」的主要 system call。當外部程式(即 ELF image)被使用者鍵入指令後,shell 便會呼叫 fork() 系統呼叫,並透過作業系統的 fork system call 來產生新的 process,以執行此外部程式。這種類型的 fork 也稱做 spawn。

可參考先前 Jollen 所分享的「Process Creation」前二則日記,以便了解 spawn、fork、exec 等等觀念:

強烈建議您先閱讀以上二則日記,並了解 user-space 端的 process 觀念後,再繼續往下學習,才能更容易「感受」fork system call 的觀念。

Linux 端的觀念

Linux 並沒有 spawn system call,根據「Process Creation」日記的解說,Linux 下的 fork + exec 等於 spawn。而其中最核心的觀念則是在於 fork 的實作,也就是「如何產生新的 process」。

Linux 以 sys_forksys_clone 來產生新的 process,而這二個 system call 最後都會呼叫到 do_fork() 函數,do_fork() 是 Linux 主要的 fork-routine。繼續探討 do_fork() 時,便會接觸到以下二個重要議題: 

  • memory descriptor(struct mm_struct)
  • memory area(VMA)

關於更深入的 fork(),我們就先在此打住,下篇日記《核心實作》再做介紹。以下是 sys_fork() sys_clone() 的程式碼(Linux 2.6.17.7::arch/i386/kernel/process.c):

asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs regs)
{
	return do_fork(SIGCHLD, regs.esp, ®s, 0, NULL, NULL);
}

asmlinkage int sys_clone(struct pt_regs regs)
{
	unsigned long clone_flags;
	unsigned long newsp;
	int __user *parent_tidptr, *child_tidptr;

	clone_flags = regs.ebx;
	newsp = regs.ecx;
	parent_tidptr = (int __user *)regs.edx;
	child_tidptr = (int __user *)regs.edi;
	if (!newsp)
		newsp = regs.esp;
	return do_fork(clone_flags, newsp, ®s, 0, parent_tidptr, child_tidptr);
}

do_fork() 的函數原型:

/*
 *  Ok, this is the main fork-routine.
 *
 * It copies the process, and if successful kick-starts
 * it and waits for it to finish using the VM if required.
 */
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);

clone_flagsdo_fork() 觀念的核心,也是很有趣的議題。

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連絡作者

Jollen Chen,Moko365(仕橙3G教室)講師,熱愛研究 Linux 與 Android 技術。曾為 Motorola、HTC、Foxconn、LG、OPPO、騰迅、廣達電腦、緯創、仁寶等超過 50 家企業講授課程。目前在 MokoVersity 擔任軟體工程師,撰寫 Node.js 程式,也在幾家科技廠兼任 Android Framework 研發顧問。您可透過電子郵件 <jollen (at) jollen (dot) org> 或這裡與我連絡。