A fork() in the road

本文是A fork() in the road的读书笔记

作者认为，fork 作为操作系统原语阻碍了系统研究；作为教育工作者，应该把 fork 当作历史的产物来教，而不是学生遇到的第一个进程创建机制。

fork 有一些优点：

• 简洁
• 避免并发，当然是在有线程和异步之前。

作为一个存在了50年的抽象，在当今fork也有很多缺点：

• fork 已经不再简洁了，如果只有内存和文件描述符，这是十分优雅的方案，但是操作系统的演化过程中，进程增加了更多的东西。如今 POSIX 标准列出了 fork 的25种特殊情况，包括文件锁，tracing 等等。

• Fork doesn’t compose。不适用于用户空间的很多抽象，比如说 Buffered IO

  for (int i = 0; i < 2; i++) {
      fork();
      printf("Hello\n");
  }

  在笔者的电脑上（ubuntu 22.04）直接运行该程序会输出6行Hello，但是管道给wc -l后结果是8 具体可以看jyy在B站的视频讲解

• 线程安全问题。比如某个线程使用 malloc 获取到了堆区的锁，这个时候 fork，子进程一旦调用 malloc ，就会死锁。

• 安全性，子进程会继承父进程的每一个字节

• 性能低， copy-on-write 能够一定程度上解决这个问题，但是如今创建 copy-on-write 的映射也会造成一定程度的性能开销。

• 可扩展性，fork需要复制状态机的每个方面，这意味着实现fork需要统一管理系统状态，这在宏内核里很容易实现，但是微内核中这很难。

• Fork encourages memory overcommit。作者认为，fork 时并不会请求所有的内存，而是 copy-on-write 复用父进程的内存，需要修改时再申请，这样会造成意料之外的 oom

• fork 并不适用于单地址空间，并且 fork 影响了很多并不基于 unix 系统的科研系统，他们要考虑是否实现fork 语义，若实现，则很可能影响其原有的设计，束缚原先的设计。

• fork 不适用于异构设备，毕竟没办法复制异构设备的状态。

• fork 会感染一整个系统，需要每一个层次都支持 fork

作者认为，shell 很适合使用 fork，但是大多数的现代应用并不是 fork

作者最后提出了一些愿景：

• 弃用 fork
• 改进比如 posix_spawn() 这样的替代品
• 修改教学，就像没有人会在一开始教授goto，我们也不应该讲授如何使用 fork 创建进程