fork 是一个系统调用，流程的最后会在 sys_call_table 中找到相应的系统调用 sys_fork。
SYSCALL_DEFINE0(fork) { ...... return _do_fork(SIGCHLD, 0, 0, NULL, NULL, 0); } long _do_fork(unsigned long clone_flags, unsigned long stack_start, unsigned long stack_size, int __user *parent_tidptr, int __user *child_tidptr, unsigned long tls) { struct task_struct *p; int trace = 0; long nr; ...... // 1. 复制结构 p = copy_process(clone_flags, stack_start, stack_size, child_tidptr, NULL, trace, tls, NUMA_NO_NODE); ...... if (!IS_ERR(p)) { struct pid *pid; pid = get_task_pid(p, PIDTYPE_PID); nr = pid_vnr(pid); if (clone_flags & CLONE_PARENT_SETTID) put_user(nr, parent_tidptr); ...... // 2. 唤醒新进程 wake_up_new_task(p); ...... put_pid(pid); } ...... }
copy_process
static __latent_entropy struct task_struct *copy_process( unsigned long clone_flags, unsigned long stack_start, unsigned long stack_size, int __user *child_tidptr, struct pid *pid, int trace, unsigned long tls, int node) { int retval; struct task_struct *p; ...... // 复制一份 task_struct ，创建好内核栈 p = dup_task_struct(current, node); ...... // 权限相关 retval = copy_creds(p, clone_flags); ...... // 重新设置进程运行的统计量 p->utime = p->stime = p->gtime = 0; p->start_time = ktime_get_ns(); p->real_start_time = ktime_get_boot_ns(); ...... // 设置调度相关的变量 retval = sched_fork(clone_flags, p); ...... // 初始化与文件和文件系统相关的变量 retval = copy_files(clone_flags, p); retval = copy_fs(clone_flags, p); ...... // 初始化与信号相关的变量 init_sigpending(&p->pending); retval = copy_sighand(clone_flags, p); retval = copy_signal(clone_flags, p); ...... // 复制进程内存空间 retval = copy_mm(clone_flags, p); ...... // 分配 pid，设置 tid，group_leader，并且建立进程之间的亲缘关系 INIT_LIST_HEAD(&p->children); INIT_LIST_HEAD(&p->sibling); ...... p->pid = pid_nr(pid); if (clone_flags & CLONE_THREAD) { p->exit_signal = -1; p->group_leader = current->group_leader; p->tgid = current->tgid; } else { if (clone_flags & CLONE_PARENT) p->exit_signal = current->group_leader->exit_signal; else p->exit_signal = (clone_flags & CSIGNAL); p->group_leader = p; p->tgid = p->pid; } ...... if (clone_flags & (CLONE_PARENT|CLONE_THREAD)) { p->real_parent = current->real_parent; p->parent_exec_id = current->parent_exec_id; } else { p->real_parent = current; p->parent_exec_id = current->self_exec_id; } }
dup_task_struct 主要做了下面几件事情：
1. 调用 alloc_task_struct_node 分配一个 task_struct 结构；
2. 调用 alloc_thread_stack_node 来创建内核栈，这里面调用 __vmalloc_node_range 分配一个连续的 THREAD_SIZE 的内存空间，赋值给 task_struct 的 void *stack 成员变量；
3. 调用 arch_dup_task_struct(struct task_struct *dst, struct task_struct *src)，将 task_struct 进行复制，其实就是调用 memcpy；
4. 调用 setup_thread_stack 设置 thread_info。
copy_creds 主要做了下面几件事情：
1. 调用 prepare_creds，准备一个新的 struct cred *new。如何准备呢？其实还是从内存中分配一个新的 struct cred 结构，然后调用 memcpy 复制一份父进程的 cred；
2. p->cred = p->real_cred = get_cred(new)，将新进程的“我能操作谁”和“谁能操作我”两个权限都指向新的 cred。
sched_fork 主要做了下面几件事情：
1. 调用 __sched_fork，在这里面将 on_rq 设为 0，初始化 sched_entity，将里面的 exec_start、sum_exec_runtime、prev_sum_exec_runtime、vruntime 都设为 0。这几个变量涉及进程的实际运行时间和虚拟运行时间。是否到时间应该被调度了，就靠它们几个；
2. 设置进程的状态 p->state = TASK_NEW；
3. 初始化优先级 prio、normal_prio、static_prio；
4. 设置调度类，如果是普通进程，就设置为 p->sched_class = &fair_sched_class；
5. 调用调度类的 task_fork 函数，对于 CFS 来讲，就是调用 task_fork_fair。在这个函数里，先调用 update_curr，对于当前的进程进行统计量更新，然后把子进程和父进程的 vruntime 设成一样，最后调用 place_entity，初始化 sched_entity。这里有一个变量 sysctl_sched_child_runs_first，可以设置父进程和子进程谁先运行。如果设置了子进程先运行，即便两个进程的 vruntime 一样，也要把子进程的 sched_entity 放在前面，然后调用 resched_curr，标记当前运行的进程 TIF_NEED_RESCHED，也就是说，把父进程设置为应该被调度，这样下次调度的时候，父进程会被子进程抢占。
copy_files 主要用于复制一个进程打开的文件信息。这些信息用一个结构 files_struct 来维护，每个打开的文件都有一个文件描述符。在 copy_files 函数里面调用 dup_fd，在这里面会创建一个新的 files_struct，然后将所有的文件描述符数组 fdtable 拷贝一份。
copy_fs 主要用于复制一个进程的目录信息。这些信息用一个结构 fs_struct 来维护。一个进程有自己的根目录和根文件系统 root，也有当前目录 pwd 和当前目录的文件系统，都在 fs_struct 里面维护。copy_fs 函数里面调用 copy_fs_struct，创建一个新的 fs_struct，并复制原来进程的 fs_struct。
copy_sighand 会分配一个新的 sighand_struct。这里最主要的是维护信号处理函数，在 copy_sighand 里面会调用 memcpy，将信号处理函数 sighand->action 从父进程复制到子进程。
init_sigpending 和 copy_signal 用于初始化，并且复制用于维护发给这个进程的信号的数据结构。copy_signal 函数会分配一个新的 signal_struct，并进行初始化。
copy_mm 函数中调用 dup_mm，分配一个新的 mm_struct 结构，调用 memcpy 复制这个结构。dup_mmap 用于复制内存空间中内存映射的部分。前面讲系统调用的时候，我们说过，mmap 可以分配大块的内存，其实 mmap 也可以将一个文件映射到内存中，方便可以像读写内存一样读写文件，这个在内存管理那节我们讲。
唤醒新进程
void wake_up_new_task(struct task_struct *p) { struct rq_flags rf; struct rq *rq; ...... p->state = TASK_RUNNING; ...... activate_task(rq, p, ENQUEUE_NOCLOCK); p->on_rq = TASK_ON_RQ_QUEUED; trace_sched_wakeup_new(p); // 判断是否能够抢占当前进程 // 调用相应的调度类的 rq->curr->sched_class->check_preempt_curr(rq, p, flags) // 对于 CFS 调度类来讲，调用的是 check_preempt_wakeup check_preempt_curr(rq, p, WF_FORK); ...... }
enqueue_task
// activate_task => enqueue_task static inline void enqueue_task(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags) { ..... p->sched_class->enqueue_task(rq, p, flags); } // 如果是 CFS 的调度类，则执行相应的 enqueue_task_fair static void enqueue_task_fair(struct rq *rq, struct task_struct *p, int flags) { struct cfs_rq *cfs_rq; struct sched_entity *se = &p->se; ...... // 取出队列 cfs_rq cfs_rq = cfs_rq_of(se); // 调用 update_curr，更新运行的统计量，然后调用 __enqueue_entity，将 sched_entity 加入到红黑树里面，然后将 se->on_rq = 1 设置在队列上 enqueue_entity(cfs_rq, se, flags); ...... // 将这个队列上运行的进程数目加一 cfs_rq->h_nr_running++; ...... }
check_preempt_wakeup
static void check_preempt_wakeup(struct rq *rq, struct task_struct *p, int wake_flags) { struct task_struct *curr = rq->curr; struct sched_entity *se = &curr->se, *pse = &p->se; struct cfs_rq *cfs_rq = task_cfs_rq(curr); ...... if (test_tsk_need_resched(curr)) return; ...... find_matching_se(&se, &pse); update_curr(cfs_rq_of(se)); if (wakeup_preempt_entity(se, pse) == 1) { goto preempt; } return; preempt: resched_curr(rq); ...... }
在 check_preempt_wakeup 函数中，前面调用 task_fork_fair 的时候，设置 sysctl_sched_child_runs_first 了，已经将当前父进程的 TIF_NEED_RESCHED 设置了，则直接返回。
否则，check_preempt_wakeup 还是会调用 update_curr 更新一次统计量，然后 wakeup_preempt_entity 将父进程和子进程 PK 一次，看是不是要抢占，如果要则调用 resched_curr 标记父进程为 TIF_NEED_RESCHED。
如果新创建的进程应该抢占父进程，在什么时间抢占呢？别忘了 fork 是一个系统调用，从系统调用返回的时候，是抢占的一个好时机，如果父进程判断自己已经被设置为 TIF_NEED_RESCHED，就让子进程先跑，抢占自己。