关于fork系统调用和全局变量

Question

我有一个用C++编写的程序，它会派生出两个新进程：

#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <cstdlib>
using namespace std;

int shared;

void func(){
  extern int shared;
  for (int i=0; i<10;i++)
        shared++;
  cout<<"Process "<<getpid()<<", shared "
        <<shared<<", &shared "
        <<&shared<<endl;
}

int main(){
  extern int shared;
  pid_t p1,p2;
  int status;
  shared=0;
  if ((p1=fork())==0) {func();exit(0);};
  if ((p2=fork())==0) {func();exit(0);};
  for(int i=0;i<10;i++)
        shared++;
  waitpid(p1,&status,0);
  waitpid(p2,&status,0);;
  cout<<"shared variable is: "<<shared<<endl;
  cout<<"Process "<<getpid()<<", shared "
        <<shared<<", &shared "
        <<&shared<<endl;
}

这两个分叉进程对共享变量进行了增量操作，父进程也做了同样的操作。由于该变量属于每个进程的数据段，因此增量是独立的，最终值为10。

然而，共享变量的内存地址是相同的，您可以尝试编译并查看程序的输出。这是为什么呢？我无法理解，我原以为自己知道fork()的工作原理，但这似乎非常奇怪...

我需要解释一下为什么地址相同，尽管它们是不同的变量。

- lurks

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记住fork会进行写时复制，因此除非您更改变量，否则它在所有进程中都是相同的。 - Lodle

不这样做的话，否则在分叉后您的指针将无效。并不是很有用... - Eugene

Answer 1

操作系统正在使用虚拟内存和类似技术，以确保每个进程在相同的地址处看到不同的内存单元（虚拟或只读）；默认情况下所有内存都是独立的，只有显式共享的内存（例如通过shm）才是共享的。

- Alex Martelli

Answer 2

这被称为“虚拟地址”。每个进程都有自己的地址空间，每个地址的含义取决于进程。fork()创建一个副本，而不是共享数据（技术上，它们可能会得到共享的写时复制，但这与预先复制具有相同的效果）。也就是说，变量“shared”在进程之间不共享。

- Martin v. Löwis

Answer 3

现代系统中的指针并不对应于实际的硬件内存地址。相反，这些地址映射到由操作系统管理的虚拟空间。因此，两个不同进程的指针地址可能看起来相同，但实际上并非如此。

- Emil H

Answer 4

是的，你所想的是对的，但为了节省一些内存，页面在父进程和子进程之间共享，直到子进程执行exec系统调用或修改任何变量或数据结构。由于许多页面在父进程和子进程之间共享......如果页面被子进程修改，则该页面将被复制到单独的内存区域并分配给子进程。如果它被父进程修改，则该页面将被复制到单独的内存区域并分配给父进程。

- vishal

Answer 5

这是否也适用于 pthread_mutex 对象？比如，我在父进程中有一个互斥锁，在特定函数中进行了锁定和解锁。现在父进程创建了一个子进程。父进程和子进程都可以同时调用此函数（父进程并不真正阻塞直到子进程退出，因为父进程是多线程程序，只有一个线程会被阻塞）。 那么，这个互斥锁对象的状态——在这两个进程之间是共享的吗？ 如果在父进程中， 互斥锁被锁定 然后创建子进程 子进程先运行 子进程看到互斥锁处于锁定状态，因为它刚从父进程继承了互斥锁对象 现在子进程解锁互斥锁 那么，该互斥锁在父进程中的状态是仍然锁定（因为父进程从未解锁），还是已解锁（因为子进程已经解锁）。

从父进程和子进程同时调用对全局互斥锁进行锁定/解锁的函数是否可行？

- Vetappa