为什么我们需要创建新流程？

在Unix中，每当我们要创建一个新进程时，便会分叉当前进程，并创建一个与父进程完全相同的新子进程。然后执行exec系统调用，用新流程替换父流程中的所有数据。

为什么我们首先创建父流程的副本，而不直接创建新流程？

简而言之，fork是在Unix中，因为当时它很容易安装到现有系统中，并且伯克利的前身系统使用了fork的概念。

摘自Unix分时系统的演进（相关文本已突出显示）：

几天之内就设计并实施了现代形式的过程控制。令人惊讶的是它很容易安装到现有系统中；同时，很容易看到设计中某些稍微不寻常的功能是如何呈现的，因为它们代表了对存在的内容的细微，易于编码的更改。一个很好的例子是fork和exec函数的分离。创建新流程的最常见模型涉及为该流程执行指定程序。在Unix中，派生进程将继续与其父进程运行相同的程序，直到执行显式exec。这些功能的分离当然不是Unix独有的，事实上，它存在于汤普森众所周知的伯克利分时系统中。。仍然可以合理地假设它存在于Unix中，主要是因为可以很容易地实现fork而不改变其他内容。系统已经处理了多个（即两个）过程；有一个进程表，并且进程在主内存和磁盘之间交换。fork的初始实现只需要

1）扩展过程表

2）添加一个fork调用，该调用使用现有的swap IO原语将当前进程复制到磁盘交换区域，并对进程表进行一些调整。

实际上，PDP-7的fork调用恰好需要27行汇编代码。当然，还需要对操作系统和用户程序进行其他更改，其中一些更改非常有趣且出乎意料。但是，仅仅因为不存在这样的exec，合并的fork-exec就会复杂得多。它的功能已经由外壳使用显式IO执行。

从那篇论文开始，Unix就发展了。fork其次exec不再是运行程序的唯一方法。

• vfork的创建是为了在新进程打算在该分支之后立即执行exec的情况下提高效率。执行vfork之后，父进程和子进程共享相同的数据空间，并且父进程被挂起，直到子进程执行程序或退出。

• posix_spawn在一个系统调用中创建一个新进程并执行一个文件。它带有许多参数，可让您有选择地共享调用者的打开文件，并将其信号处置和其他属性复制到新进程。

[我将从这里重复部分答案。]

为什么不仅仅拥有一个从头开始创建新进程的命令？ 复制仅将立即替换的内容是荒谬且效率低下的吗？

实际上，由于以下几个原因，效率可能不那么高：

1. fork()因为内核使用写时复制系统，所以产生的“副本” 有点抽象。真正需要创建的只是一个虚拟内存映射。如果该副本随后立即调用exec()，则实际上如果已被流程的活动修改了该副本的大部分数据，则实际上不必复制/创建该副本，因为流程不需要执行任何需要使用的操作。

2. 子进程的各个重要方面（例如，其环境）不必根据上下文的复杂分析等单独进行复制或设置。仅假设它们与调用过程的相同，并且这是我们熟悉的相当直观的系统。

为了进一步解释＃1，至少在大多数情况下，“复制”但从未随后访问的内存永远不会真正被复制。在这种情况下，例外情况可能是，如果您分叉了一个流程，然后在子级将自己替换为子级之前退出了父级进程exec()。我之所以说是可能的，是因为如果有足够的可用内存，那么很多父对象都可以被缓存，而且我不确定这将被利用到什么程度（取决于操作系统的实现）。

当然，从表面上看，这并不比使用空白板更有效地使用副本-除了“空白板”从字面上看不是什么，而必须涉及分配。该系统可以具有通用的空白/新流程模板，该模板以相同的方式复制^1，但是与写时复制fork相比并不会真正节省任何东西。因此，＃1仅演示了使用“新”空进程不会更有效。

第二点确实解释了为什么使用分叉可能更有效。子级环境是从其父级继承的，即使它是完全不同的可执行文件。例如，如果父进程是一个外壳程序，子进程是一个Web浏览器，$HOME则两者都相同，但是由于随后任何一个都可以更改它，因此它们必须是两个单独的副本。孩子中的一个是原始的fork()。

^{1.一种策略可能并没有多大的意义，但我的观点是，创建进程所涉及的不仅仅是将其映像从磁盘复制到内存中。}

我认为Unix仅fork具有创建新进程的功能的原因是Unix哲学的结果

他们构建了一个功能出色的功能。它创建一个子进程。

然后，由新程序员决定如何处理新过程。他可以使用exec*功能之一并启动其他程序，或者他不能使用exec并使用同一程序的两个实例，这很有用。

因此，您可以使用，因此拥有更大的自由度

1. 没有exec *的分叉
2. 用exec *进行分叉
3. 只是exec *不带fork

此外，您只需要记住fork和exec*函数调用，就可以在1970年代完成。

流程创建有两种哲学：带有继承的派生和带有参数的创建。显然，Unix使用fork。（例如，OSE和VMS使用create方法。）Unix具有许多可继承的特性，并且会定期添加更多特性。通过继承，可以添加这些新特性而无需更改现有程序！使用带参数创建模型，添加新特征将意味着向create调用添加新参数。Unix模型更简单。

它还提供了非常有用的fork-without-exec模型，其中一个进程可以将自身分成多个部分。当没有异步I / O形式时，这是至关重要的，并且在系统中利用多个CPU时很有用。（预线程。）这些年来，甚至最近，我已经做了很多事情。本质上，它允许将多个“程序”容器化为单个程序，因此绝对没有损坏或版本不匹配等的空间。

fork / exec模型还为特定的孩子提供了继承在fork和exec之间建立的根本怪异环境的能力。诸如继承文件描述符之类的事情尤其如此。（stdio fd的扩展。）create模型不提供继承create调用的创建者未想到的任何内容的功能。

一些系统还可以支持本地代码的动态编译，该过程实际上是在编写自己的本地代码程序。换句话说，它需要一个新的程序，它可以即时编写自己的程序，而不必经历源代码/编译器/链接器的周期，而无需占用磁盘空间。（我相信有一个Verilog语言系统可以做到这一点。）fork模型支持这一点，而create模型通常不支持。

fork（）函数不仅复制父进程，还返回一个值，该值表示该进程是父进程还是子进程，下图说明了如何使用fork（）作为父进程和父进程。儿子：

如进程是父进程时所示，fork（）返回子进程ID，PID 否则返回0

例如，如果您有一个接收请求的进程（Web服务器），并且可以在每个请求上创建一个son process来处理该请求，则可以使用它，此处父级和子级都有不同的工作。

因此，没有运行进程副本不是fork（）的确切含义。

在fork之后和exec之前，最容易实现I / O重定向。孩子知道自己是孩子，可以关闭文件描述符，打开新的文件描述符，使用dup（）或dup2（）将它们添加到正确的fd编号等，而所有这些都不影响父对象。完成此操作之后，也许任何所需的环境变量都会发生变化（也不会影响父级），它可以在定制的环境中执行新程序。

我想这里的每个人都知道fork是如何工作的，但问题是为什么我们需要使用fork创建父级的精确副本？ 答案 ==>以服务器为例（不带fork），当client-1正在访问服务器时，如果同时有第二个client-2到达并想要访问服务器，但服务器未向新到达的服务器授予权限client-2，因为服务器忙于为client-1提供服务，因此client-2必须等待。到client-1的所有服务完成后，client-2现在可以访问服务器了。现在考虑是否同时客户端3到达，因此客户端3必须等到对客户端2的所有服务完成。以这种情况为例，成千上万的客户端需要同时访问服务器...然后所有客户端必须等待（服务器正忙！）。

通过创建（使用fork）服务器的精确副本（即子节点）来避免这种情况，其中每个子节点（即其父节点（即服务器）的精确副本）专用于新到达的客户端，因此所有客户端同时访问同一客户端服务器。