來源：開源中國社區(qū)

www.oschina.net/news/105857/a-fork-in-the-road

微軟研究人員發(fā)表論文稱用于創(chuàng)建進(jìn)程的?fork?系統(tǒng)調(diào)用方式已經(jīng)很落后，并且對操作系統(tǒng)的研究與發(fā)展產(chǎn)生了極大的負(fù)面影響，需要淘汰，作者同時提出了替代方案。

相信每位開發(fā)者都對操作系統(tǒng)中的?fork()?有一定的了解，至少知道它是用來創(chuàng)建進(jìn)程的。fork?系統(tǒng)調(diào)用方式在?20?世紀(jì)?70?年代被創(chuàng)造出來，它通常與?exec()?組合使用，非常簡單卻很強(qiáng)大，被認(rèn)為是一種天才式的設(shè)計、Unix?的偉大思想，至今?50?余年一直作為?POSIX?操作系統(tǒng)的原語存在，同時幾乎每個?Unix?shell、主要?Web?和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Google?Chrome、Redis?甚至?Node.js?都使用?fork。

然而微軟系統(tǒng)研究實驗室?Redmond?的研究人員?3?月份卻發(fā)表了一篇論文，表示?fork?作為操作系統(tǒng)原語繼續(xù)存在，阻礙了對操作系統(tǒng)的研究，“它是來自另一個時代的遺物，不適合現(xiàn)代系統(tǒng)，并且會帶來一系列負(fù)面影響”，研究人員認(rèn)為是時候?qū)?fork?淘汰了。

fork 簡單已成神話

論文中承認(rèn)了?fork?API?的優(yōu)點(diǎn)，包括簡單與緩解并發(fā)性，也肯定了?fork?在歷史上的重要貢獻(xiàn)，但更多地是列出了它在現(xiàn)代操作系統(tǒng)研究與發(fā)展中的弊端。

研究人員認(rèn)為?fork?本身就存在許多問題，另一方面，fork?在操作系統(tǒng)的研究與發(fā)展上也起了限制作用，論文指出有明確的證據(jù)表明支持?fork?限制了?OS?體系結(jié)構(gòu)的變化，并限制了操作系統(tǒng)適應(yīng)硬件演進(jìn)的能力。

乍一看可能會覺得?fork?很簡單，而這也是它的一大特征，但是實際上，“這是一個具有欺騙性的神話”。

fork?的語義已經(jīng)影響了每個創(chuàng)建進(jìn)程狀態(tài)的新?API?的設(shè)計，POSIX?規(guī)范現(xiàn)在列出了關(guān)于如何將父狀態(tài)復(fù)制到子進(jìn)度的?25?個特殊情況，包括文件鎖定、定時器、異步?IO?操作與跟蹤等。此外，許多系統(tǒng)調(diào)用標(biāo)志控制?fork?關(guān)于內(nèi)存映射（Linux?madvise()?標(biāo)記?MADV_DONTFORK/DOFORK/WIPEONFORK?等）、文件描述符（O_CLOEXEC、FD_CLOEXEC）和線程（pthread_atfork()）的行為。任何重要的操作系統(tǒng)工具都必須通過?fork?記錄其行為，并且用戶模式庫必須做好準(zhǔn)備，以便隨時?fork?它們的狀態(tài)。fork?已經(jīng)不再簡單。

fork?不是線程安全的，Unix?進(jìn)程支持線程，但?fork?創(chuàng)建的子進(jìn)程只有一個線程（調(diào)用線程的副本），當(dāng)一個線程在?fork?時，如果另一個線程此時進(jìn)行內(nèi)存分配并持有堆鎖，任何在子進(jìn)程中分配內(nèi)存的嘗試（從而獲得相同的鎖）都將立即發(fā)生死鎖。

fork?很慢，fork?的性能一直是個問題，此前使用寫時復(fù)制技術(shù)使其性能可接受，但是在今天，建立寫時復(fù)制映射本身都成了一個性能問題，比如?Chrome?在?fork??時會經(jīng)歷了長達(dá)?100?毫秒的延遲，Node.js?應(yīng)用在?exec?之前?fork?時，可以被阻塞幾秒鐘。fork+exec?與?spawn?的性能對比情況可以通過本文開頭的圖片直觀看到。

fork?無法擴(kuò)展，系統(tǒng)規(guī)模的設(shè)計首先要避免不必要的共享，但?fork?進(jìn)程會與其父進(jìn)程共享所有內(nèi)容，由于?fork?復(fù)制了進(jìn)程操作系統(tǒng)狀態(tài)的各個方面，這樣復(fù)制與引用計數(shù)成本會比較低，所以?fork?其實是趨向于將狀態(tài)集中在單片內(nèi)核中，這就使得難以實現(xiàn)一些新技術(shù)，比如用于安全性和可靠性的內(nèi)核劃分。

fork?與異構(gòu)硬件不兼容，它將進(jìn)程的抽象與包含它的硬件地址空間混為一談。fork?將進(jìn)程的定義限制為單個地址空間，并且是在某個核心上運(yùn)行的單個線程。但現(xiàn)代硬件和在其上運(yùn)行的程序并不是這樣，硬件異構(gòu)化越來越嚴(yán)重，使用有內(nèi)核旁路?NIC?的?DPDK?或帶有?GPU?的?OpenCL?的進(jìn)程無法安全地?fork，因為操作系統(tǒng)無法復(fù)制?NIC/GPU?上的進(jìn)程狀態(tài)。這個問題至少已經(jīng)困擾了?GPU?程序員十年，而隨著未來的芯片上系統(tǒng)包含越來越多的狀態(tài)加速器，情況只會變得更糟。

“GET?THE?FORK?OUT?OF?MY?OS!”

論文提出了替代?fork?的方案：包括一個高級?Spawn?API?和一個低級類微內(nèi)核?API?的組合。涉及到?posix_spawn()、vfork()、跨進(jìn)程操作、clone()、改進(jìn)寫時復(fù)制內(nèi)存等內(nèi)容。

fork?的問題越來越嚴(yán)重，作者最后總結(jié)出必須做三件事來糾正這種情況，不僅要棄用?fork，還要改善替代方案，同時糾正我們關(guān)于?fork?的教學(xué)內(nèi)容，不能再錯誤地宣揚(yáng)?fork?的能力與設(shè)計水平。

論文地址：

• https://www.microsoft.com/en-us/research/publication/a-fork-in-the-road

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的微软研究员：fork() 已落后，需要淘汰的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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