Ruby 进程fork初探

元旦放假期间，又捡起CSAPP看了下，主要是看异常处理这一段，感觉之前看的东西忘了不少，所以翻译一段关于Ruby的进程Fork的文章加深理解。(主要基于Forking Ruby Processes or How to fork Ruby，但是不完全翻译，某些地方进行了扩展)

Forking是一个进程复制的UNIX术语，意味这从父进程复制出一个子进程出来，他们有相同的地址空间，相同的本地变量值，相同的堆，相同的全局变量值以及相同的代码。
在很多情况下，他们共享内存，直到其中的一个进程对内存进行了修改，这被称作CoW（Copy On Write）。因为子进程和父进程都是独立的进程，所以他们都有自己独立的私有地址空间，他们对其中的变量所做的更改都是独立的，不会反应到另一个进程的存储器中。

简单例子

我们知道了UNIX术语的含义，那么我们如何在Ruby中实现呢？如何使用Ruby来fork一个进程呢？

puts "This is the first line before the fork (pid #{Process.pid})"
puts fork
puts "This is the second line after the fork (pid #{Process.pid})"

output:

This the first line before the fork (pid 2284)
2285
This is the second line after the fork (pid 2284)

This is the second line after the fork (pid 2285)

让我们来看看发生了什么，首先第一行的输出是非常清晰的，那么第二行又是什么鬼？这是fork函数返回的PID值，当然是子进程的PID。接下来让我们来看一下接下来的两行：一行是父进程执行的结果，另一行是子进程执行的结果。

Blocks

开发者想执行一个独立的进程通常的做法是传递一个代码块给fork函数，就像下面这样：

puts "You can also put forked code in a block pid: #{Process.pid}"
fork do
  puts "Hello from fork pid: #{Process.pid}"
end
puts "The parent process just skips over it: #{Process.pid}"

上面的代码输出三行结果，在我的机子上的运行结果是这样的：

you can also put forked code in a block pid: 3465
The parent process just skips over it: 3465
Hello from fork pid: 3466

注意代码块内的PID和外面的PID是不一样的，因为代码块内的代码是通过fork函数派生出来的进程执行的。

多核CPU测试

让我们来快速的验证一下fork在多核环境下带来的一个主要的好处。让我们写一个ruby程序来呈现这一优势。

def cpu_intensive_process
  puts "Pid: #{Process.pid}"
  x = 0
  10000000.times do |i|
    x = i + x
  end
end

fork
cpu_intensive_process

当上面的代码运行时，将会充分的利用两个CPU核，如果机器有多余两个CPU核心，那么只有两个CPU得到充分的利用。然后，额外的fork调用将会创建更多的进程，知道占满你的CPU核心数。

内存测试

那么内存分配的情况又是怎么样的呢？很明显ruby1.9.3并没有CoW的特性，也就是会所每一个进程的内存分配将会是一样的。下面的程序能够一定程度上说明这一点。

 hash = Hash.new #load up the memory a little

 1000000.times do |i|
   hash[i] = "foo"
 end

 puts "Hash contains #{hash.keys.count} keys"

 def show_memory_usage(whoami)
  pid = Process.pid

  mem = `pmap #{pid}`

  puts "Memory usage for #{whoami} pid: #{pid} is: #{mem.lines.to_a.last}"

  sleep #keep the process alive
end

puts "Now lets fork this process and see what memory is allocated to the child"

puts "Before..."

if fork
  show_memory_usage("parent")
else

  puts "After..."

  1000000.times do |i| #change the values in the child memory allocation
    hash[i] = "bar"
  end

  show_memory_usage("child")
end

下面是这个测试的输出：

Hash contains 1000000 keys
Now lets fork this process and see what memory is allocated to the child
Before…
After…
Memory usage for parent pid: 10291 is: total 62592K
Memory usage for child pid: 10293 is: total 73164K

孤儿进程

最后让我们来测试一下孤儿进程并且看一下它们的表现，运行以下小程序看一下：

fork do
  5.times do
    sleep 1
    puts "I'm an orphan!"
  end
end
abort "Parent process died..."

运行的结果像下面这样：

Parent process died...
😈  : ~/work I'm an orphan!
I'm an orphan!
I'm an orphan!
I'm an orphan!
I'm an orphan!

这里又发生了什么？父进程运行完毕所以在终端输出。但是我被5个子进程(孤儿进程)打断了，因为他们顺序的隔一段时间就执行代码！

参考文献

• Forking Ruby Processes or How to fork Ruby