分叉 vs 线程化

Question

我以前在我的应用程序中使用过线程，并了解其概念，但最近在操作系统课程中我遇到了fork()。它与线程有些相似。

我通过谷歌搜索了解到它们之间的区别：

1. Fork只是一个看起来与旧进程或父进程完全相同的新进程，但实际上是具有不同进程ID并拥有自己内存的不同进程。
2. 线程是轻量级进程，具有较少的开销。

但是，我仍然有一些问题。

1. 何时应该优先选择fork()而不是线程，反之亦然？
2. 如果我想将外部应用程序作为子进程调用，那么我应该使用fork()还是线程？
3. 在谷歌搜索时，我发现有些人说在线程内调用fork()是不好的事情。为什么人们想在线程内调用fork()，当它们可以做类似的事情吗？
4. 是真的吗，fork()不能利用多处理器系统，因为父进程和子进程不会同时运行？

- Rushabh RajeshKumar Padalia

Answer 1

fork() 和线程方法之间的主要区别在于操作系统架构。在 Unix 设计初期，fork()是一种易于使用且简单的系统，最适合满足大型机和服务器类型的要求，在 Unix 系统上得到了普及。当 Microsoft 从头开始重新设计 NT 内核时，它更专注于线程模型。因此，Unix 系统在处理 fork() 方式方面更有效率，而 Windows 在处理线程方面更有效率。你可以在 Apache 上明显看到这一点，Unix 使用 prefork 策略，Windows 使用线程池。

具体来说：

- 在 Unix 系统上，如果你要执行复杂的任务而不仅仅是实例化一个 worker，或者你想要分离进程的隐式安全沙箱，则应使用 fork()。 - 如果子进程将执行与父进程相同的任务，并使用相同的代码，则使用 fork()。对于较小的子任务，请使用线程。对于独立的外部进程，请不要使用它们，只需使用适当的 API 调用即可。 - 不太确定，但我认为在线程内调用 fork() 的计算成本相当高，需要复制许多子线程和进程。 - 这是错误的，fork() 创建一个新进程，然后利用操作系统任务调度程序中进程可用的所有功能。

- Niels Keurentjes

---

在Unix系统中，调用外部程序的适当API是先使用fork函数再使用exec函数（这里省略了一些细节）。对于一些特殊情况，有更简单的替代方法（主要是popen函数）。 - ibid

fork() 只会复制调用线程。由于 fork() 使用 COW，因此它并不昂贵。当您想要使用 fork() 但不直接跟随 exec*() 时，使用线程通常是一个坏主意，因为其他线程可能持有无法在子进程中释放的锁，当其他线程突然停止时。 - 12431234123412341234123

Answer 2

一个被 fork 的进程被称为重量级进程，而线程被称为轻量级进程。

以下是它们之间的区别：

1. 被 fork 的进程被认为是子进程，而线程被称为兄弟进程。
2. 被 fork 的进程与父进程不共享任何资源，如代码、数据、堆栈等，而线程可以共享代码但有自己的堆栈。
3. 需要操作系统帮助进行进程切换，而线程切换则不需要。
4. 创建多个进程是一个资源密集型任务，而创建多个线程则是一个资源较少的任务。
5. 每个进程可以独立运行，而一个线程可以读/写另一个线程的数据。 有关线程和进程的详细信息，请参见讲座

- Selvaperumal

---

我认为在没有问一些问题的情况下，它是如何获得大量投票的。 1）分叉进程被视为子进程，而线程进程被称为兄弟进程。-- 这一点不相关，机器不关心你是子进程还是兄弟进程。 2）进程切换需要操作系统的帮助，但线程切换则不需要-- 除非您使用称为用户空间线程的东西。 3）创建多个进程是一项资源密集型任务，而创建多个线程则是一项较少资源密集型任务-- 取决于实现方式。 - RaGa__M

在Linux和许多其他系统上，进程与进程之间的负担并不显著。由于COW技术，代码以及堆栈的大部分内容都可以在子进程和父进程之间共享。一个派生的进程可以与父进程共享一些东西，例如进程可以请求将来会与子进程共享的内存。 - 12431234123412341234123

Answer 3

fork() 生成一个进程的新副本，正如您所指出的一样。上面未提到的是随之而来的 exec() 调用。这将用新的进程（一个新的可执行文件）替换现有进程，并且，fork()/exec() 是从旧进程生成新进程的标准方法。

例如，这就是您的 shell 如何从命令行调用进程的方法。您指定您的进程（比如说 ls），然后 shell 进行 fork 操作，接着再执行 ls。

请注意，这与线程操作处于非常不同的层次。线程运行多个在进程内部的执行线路。而 fork 是创建新进程的一种手段。

- Brian Agnew

Answer 4

正如@2431234123412341234123所说，在Linux上，由于COW的存在，进程与线程的负担并不重，这取决于它们的使用。COW - 写时复制意味着，只有在forked进程对内存页进行更改时，该进程的内存页才会被复制，否则操作系统将继续将其重定向到父进程的页面。

从编程用例来看，假设在堆内存中有一个大型数据结构，即2d数组[2000000] [100]（200 mb），而内核的页面大小约为4 kb。当进程被分叉时，不会为此数组分配新内存。如果更改了特定行（100字节）（无论是在父进程还是在子进程中），则仅会复制并更新forked线程的相应页面（4 kb或8 kb，如果它重叠在两个页面中）。

其他内存部分在forked进程中的工作方式与线程相同（代码相同，寄存器和调用堆栈是分开的）。

正如@Niels Keurentjes所说，在Windows上，从性能角度来看，线程可能更好，但在Linux上，这更多是用例。

- Varun Garg