关于vfork函数return和exit结果不同所引起的思考
问题描述
最近在重看《LinuxC编程实战》与《Unix环境高级编程》，在看到关于vfork这里的时候，出现了一些问题。
以下为出现问题程序的代码：
// enter code here
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
int globVar = 1;
int main(int argc, char *argv[])
{
pid_t pid;
int var = 1, i;
printf("fork is diffirent with vfork \n");
//pid = fork();
pid = vfork();
switch(pid) {
case 0:
i = 3;
while (i-- > 0) {
printf("Child process is running var = %d globVar = %d\n", var, globVar);
globVar++;
var++;
sleep(1);
}
printf("Child`s globVar = %d, var = %d\n",globVar,var);
break; //wrong
//exit(0); //right
//_exit(0);
case -1:
perror("Process creation failed\n");
exit(0);
default:
i = 5;
while (i-- > 0) {
printf("Parent process is running var = %d globVar = %d\n", var , globVar);
globVar++;
var++;
sleep(1);
}
printf("Parent globVar = %d, var = %d\n", globVar, var);
exit(0);
break;
}
printf("var = %d\n",var);
return 0;
//exit(0);
}
讨论结果
vfork()函数在《LinuxC编程实战》中说道：“用vfork创建的子进程共享父进程的地址空间；子进程对地址空间中任何数据的修改同样为父进程所见”，“vfork保证子进程先执行，在子进程调用exit或exec之前父进程处于阻塞等待状态”
正如图中所示 我在子进程的循环结束之后使用break退出switch-case语句，此时如果程序的末尾以“exit(0)”作为结尾，那么程序的执行结果与书上所表述的吻合。
而当我将main函数末尾的exit(0)改为return 0时，程序出现了一些错误。
在显式调用exit后能够得到正确的执行结果，而通过return 0的隐式调用为什么是错误的？ 想知道在子进程结束到父进程开始这段时间内到底做了哪些工作，为什么会出现以上的错误。
P.S. 《Unix环境高级编程》上讲：“如果子进程修改数据、进行函数调用、或者没有调用exec或exit就返回都可能会带来未知的结果”。
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Qianyi：
我说一下我的理解，首先我介绍一下vfork函数出现的原因：
在早期的时候，fork函数用于创建子进程，会完全的复制其父进程的完整的地址空间的内存页来为子进程创建空间。但是这么做的缺陷很明显，会有很多没有必要的复制产生，而且对于像shell的这样的程序而言，当我们敲下一个命令之后，会立即fork出子进程并且调用exec来为其加载代码和创建新的内存空间，就产生了两次复制（第一次没必要复制不是么）。早期的fork函数在这一点上造成了很大的效率问题。
于是，便有了vfork函数，vfork并不复制父进程的地址空间，而是直接借用原来父进程的地址空间里。想必你也看出来了，此时内核必须挂起父进程，不然的话两个进程运行在同一个地址空间里不出问题才怪。内核保证vfork调用后，子进程先于父进程执行就是因为这个。对于shell来说，vfork一下，挂起父进程，子进程临时借用父进程的地址空间（主要是代码段）执行一下exec族的函数，内核会立即为其加载新的地址空间，然后允许其父进程继续运行。这样冲突不就解决了么？ vfork函数甚至就是专门用来解决shell这种fork后需要立刻调用exec加载新的程序的需求的。
那么，如果我们不这么做，会发生什么事情？
首先，共享整个地址空间意味着什么？子进程对内存的所有修改对之后运行的父进程可见！！试想一下你和别人公用一个宿舍，你出去之后舍友搞乱了宿舍也走了，你再次回来的时候自然是你室友搞乱之后的样子。
然后，我们再来讨论一下在main函数里return和调用exit的区别。main里面return返回到什么地方？答案是库函数调用我们main函数的地方。大家没意见吧？其实我们在main函数里返回之后，库代码也是最终调用exit族的函数退出的。那么区别何在？看下面的示例：
void glibc_某函数() {
int ret = main();
// do something...
exit(ret);
}
大家看到了什么？子进程main先返回了，库函数做了一些东西之后也调用了exit退出了。但是！！请注意栈的变化！！main返回后做了些事情，会在原来main所在的栈位置创建了exit等函数的临时存储区！！！意味着main原先的局部变量存储很可能被破坏！那么，子进程退出后，父进程再次执行的时候…悲剧产生了。谁也不知道此时的栈被子进程破坏成啥样了，所以文档说未知的结果。不同的发行版和glibc库的版本完全就不一样了，对的话算运气好，不对也很正常，甚至直接段错误我都觉得没啥好奇怪的。（全局变量存储区距离栈比较远，一般可以幸免）为什么直接调用exit不会出错？因为exit在main里调用，exit的栈临时空间在main之下，自然不会错。
理解了吗？顺带说一下自从fork实现了写时拷贝之后，vfork彻底弃用，所以别用vfork了，毕竟两个程序公用地址空间而且都可以读写太危险了！
至于exit和_exit的区别？大家会google的对吧？
下面是vfork的man文档。虽然没解释原因，但是man文档清楚地说明了应该立即调用_exit或者exec族的函数（离开暂时借用的父进程的空间）。
Standard Description
(From POSIX.1) The vfork() function has the same effect as fork(2), except that the behavior is undefined if the process created by vfork() either modifies any data other than a variable of type pid_t used to store the return value from vfork(), or returns from the function in which vfork() was called, or calls any other function before successfully calling _exit(2) or one of the exec(3) family of functions.