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Linux中fork函數詳解

一、fork入門知識
一個進程,包括代碼、數據和分配給進程的資源。fork()函數通過系統調用創建一個與原來進程幾乎完全相同的進程,
也就是兩個進程可以做完全相同的事,但如果初始參數或者傳入的變量不同,兩個進程也可以做不同的事。
一個進程調用fork()函數後,系統先給新的進程分配資源,例如存儲數據和代碼的空間。然後把原來的進程的所有值都
復制到新的新進程中,只有少數值與原來的進程的值不同。相當於克隆了一個自己。
我們來看一個例子:
[cpp] view
plain copy
01./*
02. * fork_test.c
03. * version 1
04. * Created on: 2010-5-29
05. * Author: wangth
06. */
07.#include <unistd.h>
08.#include <stdio.h>
09.int main ()
10.{
11. pid_t fpid; //fpid表示fork函數返回的值
12. int count=0;
13. fpid=fork();
14. if (fpid < 0)
15. printf("error in fork!");
16. else if (fpid == 0) {
17. printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid());
18. printf("我是爹的兒子/n");//對某些人來說中文看著更直白。
19. count++;
20. }
21. else {
22. printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid());
23. printf("我是孩子他爹/n");
24. count++;
25. }
26. printf("統計結果是: %d/n",count);
27. return 0;
28.}
/*
* fork_test.c
* version 1
* Created on: 2010-5-29
* Author: wangth
*/
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main ()
{
pid_t fpid; //fpid表示fork函數返回的值
int count=0;
fpid=fork();
if (fpid < 0)
printf("error in fork!");
else if (fpid == 0) {
printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid());
printf("我是爹的兒子/n");//對某些人來說中文看著更直白。
count++;
}
else {
printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid());
printf("我是孩子他爹/n");
count++;
}
printf("統計結果是: %d/n",count);
return 0;
}
運行結果是:
i am the child process, my process id is 5574
我是爹的兒子
統計結果是: 1
i am the parent process, my process id is 5573
我是孩子他爹
統計結果是: 1
在語句fpid=fork()之前,只有一個進程在執行這段代碼,但在這條語句之後,就變成兩個進程在執行了,這兩個進程的幾乎完全相同,
將要執行的下一條語句都是if(fpid<0)……
為什麼兩個進程的fpid不同呢,這與fork函數的特性有關。
fork調用的一個奇妙之處就是它僅僅被調用一次,卻能夠返回兩次,它可能有三種不同的返回值:
1)在父進程中,fork返回新創建子進程的進程ID;
2)在子進程中,fork返回0;
3)如果出現錯誤,fork返回一個負值;
在fork函數執行完畢後,如果創建新進程成功,則出現兩個進程,一個是子進程,一個是父進程。在子進程中,fork函數返回0,在父進程中,fork返回新創建子進程的進程ID。我們可以通過fork返回的值來判斷當前進程是子進程還是父進程。
引用一位網友的話來解釋fpid的值為什麼在父子進程中不同。“其實就相當於鏈表,進程形成了鏈表,父進程的fpid(p 意味point)指向子進程的進程id,因為子進程沒有子進程,所以其fpid為0.
fork出錯可能有兩種原因:
1)當前的進程數已經達到了系統規定的上限,這時errno的值被設置為EAGAIN。
2)系統內存不足,這時errno的值被設置為ENOMEM。
創建新進程成功後,系統中出現兩個基本完全相同的進程,這兩個進程執行沒有固定的先後順序,哪個進程先執行要看系統的進程調度策略。
每個進程都有一個獨特(互不相同)的進程標識符(process ID),可以通過getpid()函數獲得,還有一個記錄父進程pid的變量,可以通過getppid()函數獲得變量的值。
fork執行完畢後,出現兩個進程,如下圖所示:

有人說兩個進程的內容完全一樣啊,怎麼打印的結果不一樣啊,那是因為判斷條件的原因,上面列舉的只是進程的代碼和指令,還有變量啊。
執行完fork後,進程1的變量為count=0,fpid!=0(父進程)。進程2的變量為count=0,fpid=0(子進程),這兩個進程的變量都是獨立的,存在不同的地址中,不是共用的,這點要注意。可以說,我們就是通過fpid來識別和操作父子進程的。
還有人可能疑惑為什麼不是從#include處開始復制代碼的,這是因為fork是把進程當前的情況拷貝一份,執行fork時,進程已經執行完了int count=0; fork只拷貝下一個要執行的代碼到新的進程。
二、fork進階知識
先看一份代碼:
[cpp] view
plain copy
/*
* fork_test.c
* version 2
* Created on: 2010-5-29
* Author: wangth
*/
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int i=0;
printf("i son/pa ppid pid fpid/n");
//ppid指當前進程的父進程pid
//pid指當前進程的pid,
//fpid指fork返回給當前進程的值
for(i=0;i<2;i++){
pid_t fpid=fork();
if(fpid==0)
printf("%d child %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
else
printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
}
return 0;
}
運行結果是:
i son/pa ppid pid fpid
0 parent 2043 3224 3225
0 child 3224 3225 0
1 parent 2043 3224 3226
1 parent 3224 3225 3227
1 child 1 3227 0
1 child 1 3226 0
這份代碼比較有意思,我們來認真分析一下:
第一步:在父進程中,指令執行到for循環中,i=0,接著執行fork,fork執行完後,系統中出現兩個進程,分別是p3224和p3225
(後面我都用pxxxx表示進程id為xxxx的進程)。可以看到父進程p3224的父進程是p2043,子進程p3225的父進程正好是p3224。我們用一個鏈表來表示這個關系:
p2043->p3224->p3225
第一次fork後,p3224(父進程)的變量為i=0,fpid=3225(fork函數在父進程中返向子進程id),代碼內容為:
[cpp] view
plain copy
for(i=0;i<2;i++){
pid_t fpid=fork();//執行完畢,i=0,fpid=3225
if(fpid==0)
printf("%d child %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
else
printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
}
return 0;
p3225(子進程)的變量為i=0,fpid=0(fork函數在子進程中返回0),代碼內容為:
[cpp] view
plain copy
for(i=0;i<2;i++){
pid_t fpid=fork();//執行完畢,i=0,fpid=0
if(fpid==0)
printf("%d child %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
else
printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
}
return 0;
所以打印出結果:
0 parent 2043 3224 3225
0 child 3224 3225 0
第二步:假設父進程p3224先執行,當進入下一個循環時,i=1,接著執行fork,系統中又新增一個進程p3226,對於此時的父進程,p2043->p3224(當前進程)->p3226(被創建的子進程)。
對於子進程p3225,執行完第一次循環後,i=1,接著執行fork,系統中新增一個進程p3227,對於此進程,p3224->p3225(當前進程)->p3227(被創建的子進程)。從輸出可以看到p3225原來是p3224的子進程,現在變成p3227的父進程。父子是相對的,這個大家應該容易理解。只要當前進程執行了fork,該進程就變成了父進程了,就打印出了parent。
所以打印出結果是:
1 parent 2043 3224 3226
1 parent 3224 3225 3227
第三步:第二步創建了兩個進程p3226,p3227,這兩個進程執行完printf函數後就結束了,因為這兩個進程無法進入第三次循環,無法fork,該執行return 0;了,其他進程也是如此。
以下是p3226,p3227打印出的結果:
1 child 1 3227 0
1 child 1 3226 0
細心的讀者可能注意到p3226,p3227的父進程難道不該是p3224和p3225嗎,怎麼會是1呢?這裡得講到進程的創建和死亡的過程,在p3224和p3225執行完第二個循環後,main函數就該退出了,也即進程該死亡了,因為它已經做完所有事情了。p3224和p3225死亡後,p3226,p3227就沒有父進程了,這在操作系統是不被允許的,所以p3226,p3227的父進程就被置為p1了,p1是永遠不會死亡的,至於為什麼,這裡先不介紹,留到“三、fork高階知識”講。
總結一下,這個程序執行的流程如下:
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