4. 进程创建实战：vfork 与 clone

Linux 提供了三个用于创建进程的系统调用：fork()、vfork() 和 clone()。它们底层都调用 do_fork() 内核函数，但在资源复制策略、父子执行顺序和线程支持上存在本质差异。本章深入剖析这三种创建方式的区别、适用场景以及 Linux 轻量级进程的实现机制。

4.1 fork() 与 vfork() 的核心区别

fork() 采用写时复制（Copy-on-Write, COW）技术，父子进程共享同一份物理内存页，仅在写入时复制。而 vfork() 的设计目标是“子进程立即执行 exec 族函数”，因此它完全共享父进程的地址空间，且父进程会阻塞直到子进程调用 exec() 或 _exit()。

4.2 clone() 系统调用：细粒度控制

clone() 是 Linux 最底层的进程创建接口，它允许调用者通过 flags 参数精确控制父子进程之间共享哪些资源。其函数原型如下：

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>

int clone(int (*fn)(void *), void *child_stack,
          int flags, void *arg, ...
          /* pid_t *parent_tid, void *tls, pid_t *child_tid */);

flags 参数由多个宏按位或组合而成，下表列出最常用的标志位：

4.3 创建线程与进程的不同方式

用户态创建线程通常不直接调用 clone()，而是通过 pthread_create() 库函数。下表对比了三种创建方式的底层映射：

4.4 Linux 轻量级进程（LWP）

Linux 的线程实现遵循 1:1 模型，即每个用户态线程对应一个内核态轻量级进程（Light-Weight Process, LWP）。LWP 拥有独立的 task_struct 和内核栈，但与其他 LWP 共享 mm_struct（地址空间）、files_struct（文件描述符表）和 signal_struct（信号处理）。

下图展示了进程与线程在内核中的数据结构关系：

4.5 实战代码：使用 clone 创建线程

以下示例展示如何直接使用 clone() 创建一个共享地址空间的线程：

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

#define STACK_SIZE (1024 * 1024)

int thread_func(void *arg) {
    int *val = (int *)arg;
    printf("子线程：共享变量 val = %d，地址 %p\n", *val, val);
    *val = 42;  // 修改共享变量
    printf("子线程：修改后 val = %d\n", *val);
    return 0;
}

int main() {
    int shared_val = 10;
    void *stack = malloc(STACK_SIZE);
    if (!stack) {
        perror("malloc");
        exit(1);
    }

    // 使用 CLONE_VM 共享地址空间，CLONE_THREAD 加入同一线程组
    pid_t tid = clone(thread_func, stack + STACK_SIZE,
                      CLONE_VM | CLONE_THREAD | CLONE_SIGHAND | CLONE_FILES | SIGCHLD,
                      &shared_val);

    if (tid == -1) {
        perror("clone");
        exit(1);
    }

    printf("主线程：创建子线程 TID=%d\n", tid);
    usleep(100000);  // 等待子线程执行
    printf("主线程：共享变量 val = %d\n", shared_val);

    free(stack);
    return 0;
}

4.6 三种创建方式的性能对比