Linux clone system call

int clone(int (* fn )(void *), void * child_stack , int flags , void * arg );

_syscall2(int, clone , int, flags , void *, child_stack )

ОПИСАНИЕ

В отличие от fork (2), вышеуказанные системные вызовы позволяют процессу-потомку разделять части их контекста выполнения с вызывающим процессом: такие как область памяти, таблицу файловых дескрипторов и таблицу обработчиков сигналов. (Заметим, что на данной странице руководства, «вызывающий процесс» обычно соответствует «родительскому процессу». Но см. ниже описание CLONE_PARENT ).

Вызов clone в основном используется для реализации тредов (нитей): несколько тредов управления в какой-либо программе, которые запущены конкурентно в разделяемом пространстве памяти.

Когда процесс-потомок создаётся с помощью clone , он запускает функциональное приложение fn ( arg ). (Это отличается от fork (2), где выполнение продолжается в потомке от точки вызова fork (2) ). Аргумент fn является указателем на функцию, которая вызывается процессом-потомком в начале своего выполнения. Аргумент arg передаётся этой fn функции.

Когда происходит возврат из функционального приложения fn ( arg ), процесс-потомок завершается. Целое значение, возвращаемое fn , является кодом выхода процесса-потомка. Процесс-потомок может также быть завершён явным образом, с помощью вызова exit (2) или после получения фатального сигнала.

Аргумент child_stack задаёт положение стека, используемого процессом-потомком. Начиная с момента, когда процесс-потомок и вызывающий процесс могут разделять память, процесс-потомок не может выполняться в том же стеке, что и вызывающий процесс. Вызывающий процесс должен, таким образом, установить пространство памяти для стека процесса-потомка и передать указатель на это пространство в вызове clone . Стеки растут вниз для всех процессоров, на которых работает Linux (за исключением HP PA процессоров), так что child_stack обычно указывает на наиболее высокий адрес в пространстве памяти, которое устанавливается для стека процесса-потомка.

Младший байт flags содержит номер сигнала, который посылается родителю, когда потомок умирает. Если этот сигнала задаётся как нечто отличное от SIGCHLD , то родительский процесс должен задать опцию __WALL или __WCLONE при ожидании завершения работы потомка с помощью вызова wait (2). Если никакой сигнал не задан, то родительский процесс не извещается сигналом, когда потомок завершается.

Аргумент flags состоит из одного или более данных ниже битовых флагов, которые складываются по правилам битового сложения (OR). Флаги задают порядок процессов и то, что разделяется между вызывающим процессом и процессом-потомком:

CLONE_PARENT (ветка Linux 2.4 и выше) Если установлен флаг CLONE_PARENT , то родитель нового потомка (как возращает вызов getppid (2)) будет таким же как и у вызывающего процесса.

Если флаг CLONE_PARENT не установлен, то (как и в fork (2)) родителем будет вызывающий процесс.

Заметим, что это тот родительский процесс, который возращается вызовом getppid (2), и которому приходит сигнал, когда потомок завершается, так что если CLONE_PARENT установлен, то сигнал будет посылаться родителю вызывающего процесса, а не самому вызывающему процессу.

CLONE_FS Если флаг CLONE_FS установлен, вызывающий процесс и процесс-потомок разделяют одну и ту же информацию о фаловой системе. Она включает корневой каталог файловой системы, текущий рабочий каталог и значение umask. Любые вызовы chroot (2), chdir (2), или umask (2) выполняемые вызывающим процессом или процессом-потомком также дают взаимный эффект.

Если флаг CLONE_FS не установлен, процесс-потомок работает с копией информации по файловой системе от вызывающего процесса, снятой на момент вызова clone . Вызовы chroot (2), chdir (2), umask (2) выполняемые позже одним из процессов не оказывают эффект на другой процесс.

CLONE_FILES Если флаг CLONE_FILES установлен, то вызывающий процесс и процесс-потомок разделяют одну и ту же таблицу файловых дескрипторов. Файловые дескрипторы всегда указывают на те же файлы в вызывающем процессе и процессе-потомке. Любые файловые дескрипторы, создаваемые вызывающим процессом или процессом-потомком также работают в другом процессе. Также, если один из процессов закрывает файловый дескриптор или изменяет ассоциированные с ним флаги, то это оказывает влияние и на другой процесс.

Если флаг CLONE_FILES не установлен, процесс-потомок наследует копии всех файловых дескрипторов, открытых в вызывающем процессе на время вызова clone . Операции над файловыми дескрипторами, выполняемые позже вызывающим процессом или процессом-потомком, не оказывают эффекта на другой процесс.

CLONE_NEWNS (Начиная с Linux 2.4.19) Запускает потомок в новом пространстве имён.

Каждый процесс живёт в некотором пространстве имён. Пространство имён процесса — это данные (список смонтированных файловых систем), описывающие файловую иерархию, видимую этим процессом. После вызова fork (2) или clone (2) где не установлен флаг CLONE_NEWNS , потомок живёт в том же пространстве имён, что и родитель. Системные вызовы mount (2) и umount (2) изменяют пространство имён вызывающего процесса и, с этого момента, оказывают эффект на все процессы, которые живут в этом же пространстве имён, но не оказывают эффект на процессы в других пространствах имён.

После вызова clone (2) где флаг CLONE_NEWNS установлен, потомок запускается в новом пространстве имён, инициализированном копией пространства имён родителя.

Только привелегированный процесс может устанавливать флаг CLONE_NEWNS . Не допускается совместное использование флагов CLONE_NEWNS и CLONE_FS в одном вызове clone .

CLONE_SIGHAND Если флаг CLONE_SIGHAND установлен, вызывающий процесс и процесс-потомок разделяют одну и ту же таблицу обработчиков сигналов. Если вызывающий процесс или процесс-потомок вызывают sigaction (2) для изменения поведения при получении сигнала, то это поведение изменяется также и в другом процессе. Однако, вызывающий процесс и процесс-потомок имеют различные маски сигналов и списки ожидающих обработки сигналов. Так, один из них может блокировать или деблокировать некоторые сигналы, используя sigprocmask (2) и это не будет оказывать эффект на другой процесс.

Если флаг CLONE_SIGHAND не установлен, процесс-потомок наследует копию обработчиков событий вызывающего процесса, снятую на момент вызова clone . Вызовы sigaction (2) выполняемые после одним из процессов, не оказывают эффект на другой процесс.

CLONE_PTRACE Если флаг CLONE_PTRACE установлен и вызывающий процесс находится в режиме трассировки, то процесс-потомок таже будет работать в режиме трассировки (см. ptrace (2)).

CLONE_VFORK Если флаг CLONE_VFORK установлен, то выполнение вызывающего процесса приостанавливается пока потомок не освободит свои ресурсы виртуальной памяти через вызов execve (2) или _exit (2) (как в vfork (2)).

Если флаг CLONE_VFORK не установлен, то после вызова и вызывающий процесс и процесс-потомок включаются в параллельную работу через системный планировщик и приложение не может знать в каком порядке будет осуществляться их выполнение.

CLONE_VM Если флаг CLONE_VM установлен, вызывающий процесс и процесс-потомок запускаются в том же пространстве памяти. В частности, записи в память, выполненные вызывающим процессом или процессом-потомком также видны из другого процесса. Кроме того, любые отражения памяти (mapping) или их завершение (unmapping) выполняемые через mmap (2) или munmap (2) потомком или вызывающим процессом, также оказывают эффект на другой процесс.

Если флаг CLONE_VM не установлен, процесс потомок запускается в отдельной копии пространства памяти вызывающего процесса, снятой на момент вызова clone . Записи в память или отражения выполняемые одним процессом не дают эффекта в другом процессе как и в fork (2).

CLONE_PID Если флаг CLONE_PID установлен, процесс-потомок создаётся с таким же идентификатором процесса (ID) как и вызывающий процесс.

Если CLONE_PID не установлен, процесс-потомок получает уникальный идентификатор процесса, отличающийся от идентификатора вызывающего процесса.

Данный флаг может быть установлен только процессом загрузки системы (с PID 0).

CLONE_THREAD (Начиная с Linux 2.4) Если флаг CLONE_THREAD установлен, потомок размещается в той же группе тредов, что и вызывающий процесс.

Если флаг CLONE_THREAD не устанлвен, то потомок размещается в своей собственной (новой) группе тредов, где ID группы такой же как и идентификатор процесса.

(Группы тредов являются особенностью, добавленной в Linux 2.4 для поддержки класса тредов POSIX, списка тредов, разделяющих один и тот же PID. В Linux 2.4, вызов getpid (2) возвращает идентификатор группы тредов, вызывающего процесса.)

sys_clone

Другое отличие sys_clone состоит в том, что аргумент child_stack может быть нулём, в этом случае семантика copy-on-write обеспечивает получение потомком отдельных копий страниц стека, когда один из процессов изменяет стек. В этом случае, для правильной работы, не должен быть задан флаг CLONE_VM .

ВОЗВРАЩАЕМОЕ ЗНАЧЕНИЕ

ОШИБКИ

В версии ядра 2.1.97, флаг CLONE_PID не должен использоваться, так как другие части данного ядра и большинство системного программного обеспечения рассчитывают, что идентификаторы процессов являются уникальными.

Вызов clone отсутствует в libc версии 5. libc 6 (известная как glibc 2) предоставляет вызов clone как описывается на данной странице руководства.

ЗАМЕЧАНИЯ

СООТВЕТСТВИЕ СТАНДАРТАМ

Данная страница руководства соответствует ядрам 2.0.x, 2.1.x, 2.2.x, 2.4.x, а также glibc 2.0.x и 2.1.x.

Источник

clone() — Unix, Linux System Call

clone, __clone2 — create a child process

SYNOPSIS

DESCRIPTION

clone() creates a new process, in a manner similar to fork(2). It is actually a library function layered on top of the underlying clone() system call, hereinafter referred to as sys_clone. A description of sys_clone is given towards the end of this page.

Unlike fork(2), these calls allow the child process to share parts of its execution context with the calling process, such as the memory space, the table of file descriptors, and the table of signal handlers. (Note that on this manual page, «calling process» normally corresponds to «parent process». But see the description of CLONE_PARENT below.)

The main use of clone() is to implement threads: multiple threads of control in a program that run concurrently in a shared memory space.

When the child process is created with clone(), it executes the function application fn(arg). (This differs from fork(2), where execution continues in the child from the point of the fork(2) call.) The fn argument is a pointer to a function that is called by the child process at the beginning of its execution. The arg argument is passed to the fn function.

When the fn(arg) function application returns, the child process terminates. The integer returned by fn is the exit code for the child process. The child process may also terminate explicitly by calling exit(2) or after receiving a fatal signal.

The child_stack argument specifies the location of the stack used by the child process. Since the child and calling process may share memory, it is not possible for the child process to execute in the same stack as the calling process. The calling process must therefore set up memory space for the child stack and pass a pointer to this space to clone(). Stacks grow downwards on all processors that run Linux (except the HP PA processors), so child_stack usually points to the topmost address of the memory space set up for the child stack.

The low byte of flags contains the number of the termination signal sent to the parent when the child dies. If this signal is specified as anything other than SIGCHLD, then the parent process must specify the __WALL or __WCLONE options when waiting for the child with wait(2). If no signal is specified, then the parent process is not signaled when the child terminates.

flags may also be bitwise-ored with zero or more of the following constants, in order to specify what is shared between the calling process and the child process:

Tag	Description
CLONE_PARENT (since Linux 2.3.12)	If CLONE_PARENT is set, then the parent of the new child (as returned by getppid(2)) will be the same as that of the calling process. If CLONE_PARENT is not set, then (as with fork(2)) the childs parent is the calling process. Note that it is the parent process, as returned by getppid(2), which is signaled when the child terminates, so that if CLONE_PARENT is set, then the parent of the calling process, rather than the calling process itself, will be signaled.
CLONE_FS	If CLONE_FS is set, the caller and the child processes share the same file system information. This includes the root of the file system, the current working directory, and the umask. Any call to chroot(2), chdir(2), or umask(2) performed by the calling process or the child process also affects the other process. If CLONE_FS is not set, the child process works on a copy of the file system information of the calling process at the time of the clone() call. Calls to chroot(2), chdir(2), umask(2) performed later by one of the processes do not affect the other process.
CLONE_FILES	If CLONE_FILES is set, the calling process and the child processes share the same file descriptor table. Any file descriptor created by the calling process or by the child process is also valid in the other process. Similarly, if one of the processes closes a file descriptor, or changes its associated flags (using the fcntl(2) F_SETFD operation), the other process is also affected. If CLONE_FILES is not set, the child process inherits a copy of all file descriptors opened in the calling process at the time of clone(). (The duplicated file descriptors in the child refer to the same open file descriptions (see open(2)) as the corresponding file descriptors in the calling process.) Subsequent operations that open or close file descriptors, or change file descriptor flags, performed by either the calling process or the child process do not affect the other process.
CLONE_NEWNS (since Linux 2.4.19)	Start the child in a new namespace. Every process lives in a namespace. The namespace of a process is the data (the set of mounts) describing the file hierarchy as seen by that process. After a fork(2) or clone(2) where the CLONE_NEWNS flag is not set, the child lives in the same namespace as the parent. The system calls mount(2) and umount(2) change the namespace of the calling process, and hence affect all processes that live in the same namespace, but do not affect processes in a different namespace. After a clone(2) where the CLONE_NEWNS flag is set, the cloned child is started in a new namespace, initialized with a copy of the namespace of the parent. Only a privileged process (one having the CAP_SYS_ADMIN capability) may specify the CLONE_NEWNS flag. It is not permitted to specify both CLONE_NEWNS and CLONE_FS in the same clone() call.
CLONE_SIGHAND	If CLONE_SIGHAND is set, the calling process and the child processes share the same table of signal handlers. If the calling process or child process calls sigaction(2) to change the behavior associated with a signal, the behavior is changed in the other process as well. However, the calling process and child processes still have distinct signal masks and sets of pending signals. So, one of them may block or unblock some signals using sigprocmask(2) without affecting the other process. If CLONE_SIGHAND is not set, the child process inherits a copy of the signal handlers of the calling process at the time clone() is called. Calls to sigaction(2) performed later by one of the processes have no effect on the other process. Since Linux 2.6.0-test6, flags must also include CLONE_VM if CLONE_SIGHAND is specified
CLONE_PTRACE	If CLONE_PTRACE is specified, and the calling process is being traced, then trace the child also (see ptrace(2)).
CLONE_UNTRACED (since Linux 2.5.46)	If CLONE_UNTRACED is specified, then a tracing process cannot force CLONE_PTRACE on this child process.
CLONE_STOPPED (since Linux 2.6.0-test2)	If CLONE_STOPPED is set, then the child is initially stopped (as though it was sent a SIGSTOP signal), and must be resumed by sending it a SIGCONT signal.
CLONE_VFORK	If CLONE_VFORK is set, the execution of the calling process is suspended until the child releases its virtual memory resources via a call to execve(2) or _exit(2) (as with vfork(2)). If CLONE_VFORK is not set then both the calling process and the child are schedulable after the call, and an application should not rely on execution occurring in any particular order.
CLONE_VM	If CLONE_VM is set, the calling process and the child processes run in the same memory space. In particular, memory writes performed by the calling process or by the child process are also visible in the other process. Moreover, any memory mapping or unmapping performed with mmap(2) or munmap(2) by the child or calling process also affects the other process. If CLONE_VM is not set, the child process runs in a separate copy of the memory space of the calling process at the time of clone(). Memory writes or file mappings/unmappings performed by one of the processes do not affect the other, as with fork(2).
CLONE_PID (obsolete)	If CLONE_PID is set, the child process is created with the same process ID as the calling process. This is good for hacking the system, but otherwise of not much use. Since 2.3.21 this flag can be specified only by the system boot process (PID 0). It disappeared in Linux 2.5.16.
CLONE_THREAD (since Linux 2.4.0-test8)	If CLONE_THREAD is set, the child is placed in the same thread group as the calling process. To make the remainder of the discussion of CLONE_THREAD more readable, the term «thread» is used to refer to the processes within a thread group. Thread groups were a feature added in Linux 2.4 to support the POSIX threads notion of a set of threads that share a single PID. Internally, this shared PID is the so-called thread group identifier (TGID) for the thread group. Since Linux 2.4, calls to getpid(2) return the TGID of the caller. The threads within a group can be distinguished by their (system-wide) unique thread IDs (TID). A new threads TID is available as the function result returned to the caller of clone(), and a thread can obtain its own TID using gettid(2). When a call is made to clone() without specifying CLONE_THREAD, then the resulting thread is placed in a new thread group whose TGID is the same as the threads TID. This thread is the leader of the new thread group. A new thread created with CLONE_THREAD has the same parent process as the caller of clone() (i.e., like CLONE_PARENT), so that calls to getppid(2) return the same value for all of the threads in a thread group. When a CLONE_THREAD thread terminates, the thread that created it using clone() is not sent a SIGCHLD (or other termination) signal; nor can the status of such a thread be obtained using wait(2). (The thread is said to be detached.) After all of the threads in a thread group terminate the parent process of the thread group is sent a SIGCHLD (or other termination) signal. If any of the threads in a thread group performs an execve(2), then all threads other than the thread group leader are terminated, and the new program is executed in the thread group leader. If one of the threads in a thread group creates a child using fork(2), then any thread in the group can wait(2) for that child. Since Linux 2.5.35, flags must also include CLONE_SIGHAND if CLONE_THREAD is specified. Signals may be sent to a thread group as a whole (i.e., a TGID) using kill(2), or to a specific thread (i.e., TID) using tgkill(2). Signal dispositions and actions are process-wide: if an unhandled signal is delivered to a thread, then it will affect (terminate, stop, continue, be ignored in) all members of the thread group. Each thread has its own signal mask, as set by sigprocmask(2), but signals can be pending either: for the whole process (i.e., deliverable to any member of the thread group), when sent with kill(2); or for an individual thread, when sent with tgkill(2). A call to sigpending(2) returns a signal set that is the union of the signals pending for the whole process and the signals that are pending for the calling thread. If kill(2) is used to send a signal to a thread group, and the thread group has installed a handler for the signal, then the handler will be invoked in exactly one, arbitrarily selected member of the thread group that has not blocked the signal. If multiple threads in a group are waiting to accept the same signal using sigwaitinfo(2), the kernel will arbitrarily select one of these threads to receive a signal sent using kill(2).
CLONE_SYSVSEM (since Linux 2.5.10)	If CLONE_SYSVSEM is set, then the child and the calling process share a single list of System V semaphore undo values (see semop(2)). If this flag is not set, then the child has a separate undo list, which is initially empty.
CLONE_SETTLS (since Linux 2.5.32)	The newtls parameter is the new TLS (Thread Local Storage) descriptor. (See set_thread_area(2).)
CLONE_PARENT_SETTID (since Linux 2.5.49)	Store child thread ID at location parent_tidptr in parent and child memory. (In Linux 2.5.32-2.5.48 there was a flag CLONE_SETTID that did this.)
CLONE_CHILD_SETTID (since Linux 2.5.49)	Store child thread ID at location child_tidptr in child memory.
CLONE_CHILD_CLEARTID (since Linux 2.5.49)	Erase child thread ID at location child_tidptr in child memory when the child exits, and do a wakeup on the futex at that address. The address involved may be changed by the set_tid_address(2) system call. This is used by threading libraries.

sys_clone

Another difference for sys_clone is that the child_stack argument may be zero, in which case copy-on-write semantics ensure that the child gets separate copies of stack pages when either process modifies the stack. In this case, for correct operation, the CLONE_VM option should not be specified.

Since Linux 2.5.49 the system call has five parameters. The two new parameters are parent_tidptr which points to the location (in parent and child memory) where the child thread ID will be written in case CLONE_PARENT_SETTID was specified, and child_tidptr which points to the location (in child memory) where the child thread ID will be written in case CLONE_CHILD_SETTID was specified.

RETURN VALUE

ERRORS

Tag	Description
EAGAIN	Too many processes are already running.
EINVAL	CLONE_SIGHAND was specified, but CLONE_VM was not. (Since Linux 2.6.0-test6.)
EINVAL	CLONE_THREAD was specified, but CLONE_SIGHAND was not. (Since Linux 2.5.35.)
EINVAL	Both CLONE_FS and CLONE_NEWNS were specified in flags.
EINVAL	Returned by clone() when a zero value is specified for child_stack.
ENOMEM	Cannot allocate sufficient memory to allocate a task structure for the child, or to copy those parts of the callers context that need to be copied.
EPERM	CLONE_NEWNS was specified by a non-root process (process without CAP_SYS_ADMIN).
EPERM	CLONE_PID was specified by a process other than process 0.

VERSIONS

There is no entry for clone() in libc5. glibc2 provides clone() as described in this manual page.

CONFORMING TO

The clone() and sys_clone calls are Linux specific and should not be used in programs intended to be portable.

NOTES

In the kernel 2.4.x series, CLONE_THREAD generally does not make the parent of the new thread the same as the parent of the calling process. However, for kernel versions 2.4.7 to 2.4.18 the CLONE_THREAD flag implied the CLONE_PARENT flag (as in kernel 2.6).

For a while there was CLONE_DETACHED (introduced in 2.5.32): parent wants no child-exit signal. In 2.6.2 the need to give this together with CLONE_THREAD disappeared. This flag is still defined, but has no effect. On x86, clone() should not be called through vsyscall, but directly through int $0x80. On IA-64, a different system call is used:

The __clone2() system call operates in the same way as clone(), except that child_stack_base points to the lowest address of the childs stack area, and stack_size specifies the size of the stack pointed to by child_stack_base.

Versions of the GNU C library that include the NPTL threading library contain a wrapper function for getpid(2) that performs caching of PIDs. In programs linked against such libraries, calls to getpid(2) may return the same value, even when the threads were not created using CLONE_THREAD (and thus are not in the same thread group). To get the truth, it may be necessary to use code such as the following

Источник