Linux系统调用创建进程和线程

Question

我在一篇文章中读到，创建进程和线程的底层系统调用实际上是相同的，因此创建进程的成本并不比创建线程高。

• 首先，我想知道创建进程/线程的系统调用是什么（可能需要示例代码或链接）？
• 其次，作者是否正确地认为创建进程而不是线程不费力？

编辑：
引用文章：

在Linux上，用进程替换pthread的成本意外地低，因为两者都使用相同的底层系统调用。

- atoMerz

---

创建进程而不是线程吗？不是的。一般来说，线程是轻量级进程。但由于诸如写时复制之类的原因，界限有些模糊。 - Kristopher Micinski

Answer 1

进程通常是用fork创建的，线程（轻量级进程）现在通常使用clone创建。但是，有时也存在1：N线程模型，它们两者都不使用。

无论是fork还是clone在内部映射到相同的内核函数do_fork。这个函数可以创建一个共享旧地址空间的轻量级进程，或者一个单独的进程（以及许多其他选项），具体取决于您向其提供的标志。 clone系统调用更或多或少直接转发该内核函数（并由更高级别的线程库使用），而fork则将do_fork包装到50年前传统Unix功能的功能中。

重要的区别是fork保证复制整个、单独的地址空间。正如Basil正确指出的那样，现在使用copy-on-write来完成，因此不像人们想象的那么昂贵。
当您创建线程时，它仅重用原始地址空间和相同的内存。

但是，人们不应该认为在类unix系统上创建进程通常是"轻量级"的，因为有了复制写入技术。它比Windows下的情况稍微轻一些，但它不是完全免费的。
一个原因是虽然实际页面没有复制，但新进程仍然需要页面表的副本。对于使用大量内存的进程，这可能是几千字节到几兆字节的内存。 另一个原因是尽管复制写入技术是看不见的且是一个聪明的优化，但它不是免费的，也不能做魔术。当数据被任一进程修改时（这不可避免地会发生），受影响的页面会出现故障。

Redis是一个很好的例子，您可以在其中看到fork远非轻量级（它使用fork进行后台保存）。

- Damon

---

谢谢。我搜索了 do_fork，找到了它的源代码。有没有关于如何使用它的文档？ - atoMerz

除非您编写内核代码，否则根本不会直接调用 do_fork。一般情况下，您可能也不想使用 clone（建议使用在其上构建的 pthreads 库）。无论如何，如果您确实想要使用 clone，可以查看文档这里。另一方面， fork 是您真正想使用的东西，文档位于同一网站上。 - Damon

我正在对这篇论文进行审查，我想知道事情实际上是如何工作的。我找到了fork和pthread_create的源代码。但我找不到任何对do_fork的调用。 - atoMerz

不幸的是，Google Code Search已经关闭，而Koders使用起来很麻烦...这里有一些实现（在不同的arch子文件夹中有不同的实现，但可能没有太大区别），包括sys_fork和sys_clone，我可以通过快速搜索找到。 - Damon

Answer 2

创建线程的底层系统调用是clone(2)（它是特定于Linux的）。顺便说一下，Linux系统调用列表在syscalls(2)上，您可以使用strace(1)命令了解某些进程或命令执行的系统调用。进程通常使用fork(2)（或vfork(2)，这在现今不太有用）。但是，您可以（某些C标准库可能会这样做）使用某种特殊形式的clone来创建它们。我想内核正在共享一些代码来实现clone、fork等功能（因为一些功能，例如虚拟地址空间的管理是共同的）。

事实上，在大多数Unix系统上，进程创建（以及线程创建）通常非常快（因为它们使用写时复制机制来处理虚拟内存），通常只需几毫秒的时间。但是您可能会遇到病态情况（例如抖动），这会使得创建进程或线程需要更长的时间。

由于大多数Linux上的C标准库实现都是自由软件，因此您可以研究您系统上的源代码（通常使用GNU glibc，但有时也会使用musl-libc或其他库）。

- Basile Starynkevitch

---

所以它们是不同的系统调用？ - atoMerz

它们是不同的，但据我所知 fork 可以使用 clone 实现（但前者比后者早了十几年）。 - Basile Starynkevitch