Linux下fork与线程池
前言
这个知识点也是老生常谈了，咱们今天就把他讲清楚弄明白。
线程池
线程池是指在一个多线程程序中创建一个线程集合,在执行新的任务的时候不是新建一个线程,而是使用线程池中已创建好的线程,一旦任务执行完毕,线程就会休眠等待新的任务分配下来。
这么看来，线程池的优点就很明显了，在频繁的线程切换环境中，线程池可以省去多次线程的创建与释放所需要的时间。
Linux下的线程是如何创建的？
这个我还是稍微了解一点的。创建一个线程非常简单。
1.向内核空间申请一段内存用来存放新线程的PCB；
2.PCB中预留指针指向内核栈；
3.PCB中存放待执行线程函数与函数参数；
4.加入进程调度队列或直接ret执行（需要先将函数指针放在栈顶，然后ret会将其加载到eip寄存器上，完成立刻执行线程操作）
fork
简言之，fork就是创建了一个父进程的拷贝。
使用fork函数得到的子进程从父进程的继承了整个进程的地址空间，包括：进程上下文、进程堆栈、内存信息、打开的文件描述符、信号控制设置、进程优先级、进程组号、当前工作目录、根目录、资源限制、控制终端等。
子进程与父进程的区别在于：
1、父进程设置的锁，子进程不继承（因为如果是排它锁，被继承的话，矛盾了）
2、各自的进程ID和父进程ID不同
记住，fork是一次调用两次返回值，因为会在两个地址空间中都执行返回。
如果成功创建一个子进程，对于父进程来说返回子进程ID
如果成功创建一个子进程，对于子进程来说返回值为0
如果为-1表示创建失败。
fork系统调用复制产生的子进程与父进程（调用进程）基本一样：代码段+数据段+堆栈段+PCB，当前的运行环境基本一样，所以子进程在fork之后开始向下执行，而不会从头开始执行。
孤儿进程与僵尸进程
fork系统调用之后，父子进程将交替执行，执行顺序不定。
如果父进程先退出，子进程还没退出那么子进程的父进程将变为init进程（托孤给了init进程）。（注：任何一个进程都必须有父进程）
如果子进程先退出，父进程还没退出，那么子进程必须等到父进程捕获到了子进程的退出状态才真正结束，否则这个时候子进程就成为僵进程（僵尸进程：只保留一些退出信息供父进程查询）。僵尸进程可以在进程列表中查看。
Linux如何查看进程状态呢？
ps指令了解一下？process state。多的咱就不说了，百度上多得是介绍。
孤儿进程与僵尸进程的危害
首先任何进程都有父进程（init进程是所有进程的祖宗，它没有爸爸），当父进程抛弃了自己fork出来的子进程而执行完成后，子进程就被托管给init进程。
孤儿进程其实没啥危害。
僵尸进程就不一样了。本来吧，父进程在fork一个子进程的时候，接下来需要wait操作等待子进程结束，然后子进程才会全部释放资源（子进程执行完成后并没有全部释放资源，还剩下PID这种东西，退出状态这种东西，必须要父进程wait索取才会释放）。这下好了，父进程直接没wait就退出了，于是僵尸进城产生后，这个进程ID就再也不能被后续使用了。
如何解决僵尸进程
很简单，第一个是signal（可能有的朋友不了解什么是signal）。Linux的信号机制就提供了其中一种专门用来处理子进程退出问题的，叫SIGCHLD，写法也非常简单：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
static void sig_child(int signo);
int main()
{
pid_t pid;
//创建捕捉子进程退出信号
signal(SIGCHLD,sig_child);
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
else if (pid == 0)
{
printf("I am child process,pid id %d.I am exiting.\n",getpid());
exit(0);
}
printf("I am father process.I will sleep two seconds\n");
//等待子进程先退出
sleep(2);
//输出进程信息
system("ps -o pid,ppid,state,tty,command");
printf("father process is exiting.\n");
return 0;
}
static void sig_child(int signo)
{
pid_t pid;
int stat;
//处理僵尸进程
while ((pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) >0)
printf("child %d terminated.\n", pid);
}
是不是非常简单？
再给出第二种解决方法，让父子进程摆脱父子关系，于是子进程的父亲变成了init进程，这个进程肯定能帮咱们处理僵尸进程的问题。这确实是一种非常棒的思路，咱们聊聊具体的实现方法：父进程fork一个子进程，然后子进程里面再fork一个孙子进程。这个时候突然子进程创建完成后就退出，那么，孙子进程就没有爸爸了（祖安程序员）。不能说孙子进程没有爸爸了，而是说，孙子进程的爸爸变为init进程了。
一起看看实现：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
int main()
{
pid_t pid;
//创建第一个子进程
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
//第一个子进程
else if (pid == 0)
{
//子进程再创建子进程
printf("I am the first child process.pid:%d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
//第一个子进程退出
else if (pid >0)
{
printf("first procee is exited.\n");
exit(0);
}
//第二个子进程
//睡眠3s保证第一个子进程退出，这样第二个子进程的父亲就是init进程里
sleep(3);
printf("I am the second child process.pid: %d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
exit(0);
}
//父进程处理第一个子进程退出
if (waitpid(pid, NULL, 0) != pid)
{
perror("waitepid error:");
exit(1);
}
exit(0);
return 0;
}
copy on write
写时复制就很能理解。各位朋友看看，fork一个进程可是真的浪费了好多资源啊，啥啥都得复制一份，太浪费了吧。那能不能咱们搞点棒棒的机制，解决一下这个问题？
写入时复制(Copy-on-write)是一个被使用在程式设计领域的最佳化策略。其基础的观念是，如果有多个呼叫者(callers)同时要求相同资源，他们会共同取得相同的指标指向相同的资源，直到某个呼叫者(caller)尝试修改资源时，系统才会真正复制一个副本(private copy)给该呼叫者，以避免被修改的资源被直接察觉到，这过程对其他的呼叫只都是通透的(transparently)。此作法主要的优点是如果呼叫者并没有修改该资源，就不会有副本(private copy)被建立。
vfork
vfork就很省事情，它不会复制一份新的分页表，而是依旧指向父进程的分页表，那么你俩可不就是共享地址空间了嘛！那不就是你俩共享物理空间了嘛！那肯定不行啊，这样搞的话岂不是要乱了？
于是vfork有了这样一个规则：由vfork创造出来的子进程还会导致父进程挂起，除非子进程exit或者execve才会唤起父进程。这样一来，不就没那么多烦恼了。
vfork return带来的混乱，必须用exit
vfork命好啊，一定会先于父进程执行。那么当vfork进程执行完成后，能用return退出么？
答案肯定是不能！这其实非常好理解。return会释放掉栈里面的局部变量，exit不会。本来父子进程是共享内存地址的，对于栈里面的东西，最好还是vfork刚放进去的就拿出来，换言之，自己玩自己放进去的东西。vfork如果return，那么栈直接就被糟蹋了。
为什么会有vfork这种鬼东西？
事出必有因。
咱们先了解一下exec调用。
系统调用exec是以新的进程去代替原来的进程，但进程的PID保持不变。因此，可以这样认为，exec系统调用并没有创建新的进程，只是替换了原来进程上下文的内容。原进程的代码段，数据段，堆栈段被新的进程所代替。
咱们想想啊，exec一般是在fork进程中执行，本来就要将fork子进程把父进程替换掉，那咱们fork还把地址空间的东西费劲巴拉的拷贝一份干嘛呢？
一句话，vfork是给exec用的。
最棒的clone
这个咱们就先不深入讲解。
clone可以让你有选择性的继承父进程的资源，你可以选择想vfork一样和父进程共享一个虚存空间，从而使创造的是线程，你也可以不和父进程共享，你甚至可以选择创造出来的进程和父进程不再是父子关系，而是兄弟关系。