06-进程的创建速度
28.3 进程的创建速度
表28-3对采用不同方法创建进程的速度进行了比较。测试程序在循环中反复创建子进程并等待子进程终止，从而获得了这一结果。比较过程中使用了3种不同大小的进程内存，如表中虚拟内存总量（total virtual memory）值所示。对不同大小内存的模拟，依赖于程序计时之前在堆中分配（malloc()）的额外内存。
表28-3中的进程大小（虚拟内存总量）取自命令ps –o“pid vsz cmd”输出的VSZ值。
| 进程的创建方法 | 虚拟内存总量 | | :----- | :----- | :----- | :----- | | 1.70 MB | 2.70 MB | 11 .70 MB | | 时间（秒） | 速率 | 时间（秒） | 速率 | 时间（秒） | 速率 | | fork() | 22.27 | （7.99） | 4544 | 26.38 | （8.98） | 4135 | 126.93 | （52.55） | 1276 | | vfork() | 3.52 | （2.49） | 28955 | 3.55 | （2.50） | 28621 | 3.53 | （2.51） | 28810 | | clone() | 2.97 | （2.14） | 34333 | 2.98 | （2.13） | 34217 | 2.93 | （2.10） | 34688 | | fork()+exec() | 135.72 | （12.39） | 764 | 146.15 | （16.69） | 719 | 260.34 | （61.86） | 435 | | vfork()+exec() | 107.36 | （6.27） | 969 | 107.81 | （6.35） | 964 | 107.97 | （6.38） | 960 |
表28-3对于每种进程大小都提供了两类统计数据。
- 第1项统计包含两种度量时间。以执行10万次进程创建期间所逝去的（实际）时间为主（较大值），以父进程所消耗的 CPU 时间（括号内的值）为辅。由于测试环境并无其他负载，两者之差应是测试期间创建子进程所消耗的时间总量。
- 第2项数据显示每（实际）秒创建的进程数，即创建速率，取各种情况下运行20次的平均值。实验基于x86-32系统，内核版本为2.6.27。
前3行针对的是简单的进程创建（子进程不运行新程序）。子进程在创建后立即退出，父进程等待子进程终止后再去创建下一个子进程。
第1行取自系统调用fork()。由数据可知，进程所占内存越大，fork()所需时间也就越长。额外时间花在了为子进程复制那些逐渐变大的页表，以及将数据段、堆段以及栈段的页记录标记为只读的工作上。因为子进程并未修改数据段或栈段，所以也没有对页（page）复制。
第2行取自vfork()。可以看出，尽管进程大小在增加，但所用时间保持不变，因为调用vfork()时并未复制页表或页，调用进程的虚拟内存大小并未造成影响。fork()和 vfork()在时间统计上的差值就是复制进程页表所需的时间总量。
表28-3中vfork()和clone()的各自数据在不同的进程内存大小下。之所以存在微小的差异，要归因于采样误差以及调度的变化。即使创建300MB大小的进程，两个系统调用的时间仍将保持不变。
第3行数据的统计信息来自对clone()的调用，所使用的标志如下：
前两个标志模拟vfork()的行为。剩余的标志则要求父、子进程应当共享文件系统属性文件权限掩码（umask）、根目录和当前工作目录，信号处置表以及打开文件描述符表。clone()和vfork()之间的数据差值则代表了vfork()将这些信息拷贝到子进程的少量额外工作。拷贝文件系统属性和信号处置表的成本是固定的。不过，拷贝打开文件描述符表的开销则取决于描述符数量。例如：父进程打开100个文件，vfork()的实际时间（表中第1列）会从3.52秒增至5.04秒，但不会影响clone()所需要的时间。
对clone()的计时针对的是glibc库的封装函数clone()，而非直接调用sys_clone()。另有测试（在此恕不一一列出）对sys_clone()和clone()(以子函数调用并立即退出) 做了比较，实验结果表明，时间上的差异可以忽略不计。
fork()和vfork()之间的差别非常明显，但仍需要注意以下几点。
- 最后一列数据表明，在大进程情况下，vfork()要比fork()快逾30倍。而针对普通进程，则会近乎于表中前两列的数据。
- 因为进程的创建时间往往比 exec()的执行时间要少得多，所以如果随后接着执行exec()，那么两者间的差异也就不再明显。表 28-3 的最后两行数据说明了这一点，其中的每个子进程都去调用exec()，而非直接退出。程序执行的是true命令（/bin/true，选择该程序的原因是因为它不产生任何输出）。这时，fork()和vfork()之间的相对差距就小了许多。
事实上，表28-3中所示数据并未揭示exec()的全部开销，因为测试程序的每个循环中子进程均执行同一程序。根本就未计入把程序文件读入内存的磁盘I/O开销，因为第一次运行exec()时就会将程序读入内核缓冲区，并一直保存在那里。如果测试每次循环执行的程序不同（例如，复制同一程序，并以不同文件名命名），那么应该可以观察到 exec()的开销要大出许多。