linux fork()函数调用原理

在Linux中，fork函数用于创建一个新的进程，该进程是调用进程的子进程。fork函数的实现涉及用户态和内核态之间的交互。下面我将详细说明fork函数在代码流程中的原理和用户态与内核态的交互过程。

用户态调用fork函数:

• 用户程序调用fork函数，该函数是libc库提供的一个封装函数。
• fork函数会进一步调用相应的系统调用。

libc库中的fork函数实现:

• libc库中的fork函数会准备系统调用所需的参数，包括系统调用号(__NR_fork)。
• 在x86架构下，fork函数会将系统调用号存入eax寄存器。
• 之后，fork函数会触发一个软中断(通常是int 0x80或syscall指令)，将控制权交给内核。

内核接收到fork系统调用:

• 内核中的系统调用处理程序会根据eax寄存器中的系统调用号来确定要执行的系统调用，这里是fork系统调用。
• 内核会切换到内核态，并在内核栈上保存用户态的寄存器状态，以便稍后恢复。

内核处理fork系统调用:

• 内核中对应的fork系统调用处理函数(sys_fork())会被调用。
• sys_fork()函数会执行以下操作:
  a. 为新进程分配并初始化进程控制块(PCB)和内核栈。
  b. 复制父进程的页表，创建子进程的页表。
  c. 将父进程的文件描述符表复制给子进程。
  d. 将父进程的打开文件、信号处理函数等信息复制给子进程。
  e. 为子进程分配唯一的进程ID(PID)。
  f. 将子进程添加到进程调度队列中。

内核返回到用户态:

• fork系统调用处理完毕后，内核会为父进程和子进程准备返回值。
  对于父进程，返回值是子进程的PID