• [Chapter 3 Process]Practice 3.1 相关知识:进程创建、fork函数


    3.1 Using the program shown in the Figure3.30, explain what the output will be at LINE A

     

    答案:LINE A 处的输出是PARENT: value = 5。

    解析: 此问题的相关知识有进程创建、fork函数。

      当父进程调用fork函数时, 新创建的子进程几乎但不完全与父进程相同子进程会获得一份父进程用户级虚拟地址空间的拷贝, 但是此拷贝是独立的, 拷贝内容包括文本、数据和bss段、堆以及用户栈。

      所以在图中程序执行时, 子进程有一份自己的虚拟地址空间, 里面存放着和父进程相同的一份代码、数据、用户栈的拷贝, 而且是与父进程的地址空间是独立的。 因此, 子进程和父进程都有一个value变量, 二者互不影响。程序执行时, 子进程中的value会改变为20, 但是父进程的value值依然是5.

    扩展: 在父进程创建新的子进程时, 子进程还会获得与父进程打开文件描述符相同的拷贝, 也就是说, 当父进程调用fork函数时, 子进程可以读写父进程中打开的任何文件。 父进程和子进程之间的最大区别在于它们有不同的PID。

      fork函数是有趣的(也是常常令人迷惑的), 因为它只被调用一次, 却会返回两次: 一次是在调用进程(父进程)中返回, 返回值是新建的子进程的PID; 一次是在新建的子进程中返回, 返回值是0。 因此总是可以利用fork的返回值来判断程序是在父进程还是子进程中执行。

        #include <sys/types.h>

        #include<unistd.h>

        pid_t fork(void);

        返回: 子进程返回0, 父进程返回子进程的PID, 如果出错, 则为-1。

      如果是第一次学习fork函数, 画进程图通常会有所帮助, 其中每个水平的箭头对应与从左到右执行指令的进程, 而每个垂直的箭头对应于fork函数的执行。

      

      

      下面的图示是一个父进程创建子进程的实例

              

      当在Linux系统上运行这个程序时, 我们得到下面的结果:

        parent: x = 0

        child  :  x = 2

      这个简单的例子有一些微妙的方面。

        *调用一次, 返回两次。 对于只创建一个子进程来说, 这还是挺直接的, 但是具有多个fork实例的程序可能会令人迷惑。

        *并发执行。 父进程和子进程是并发运行的独立进程。 内核能够以任意方式交替执行他们的逻辑控制流中的指令。在此系统上运行这个程序时, 父进程先完成它的printf语句, 然后是子进程。 然而, 在另一个系统上可能正好相反。 一般而言, 作为程序员, 决不能对不同进程中指令的交替执行做出任何假设。

        *相同的但是独立的地址空间。 如果能够在fork函数在父进程和子进程中返回后立即暂停这两个进程, 我们会看到每个进程的地址空间都是相同的。 每个进程的有相同的用户栈、 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。 因此, 在实例程序中, 当fork在第8行返回时, 本地变量x在父进程和子进程都为1. 然而因为父进程和子进程都是独立的进程, 它们都有自己的私有地址空间。 父进程和子进程对x所做的任何改变都是独立的, 不会反映在另一个进程的存储器中。 这就是为什么当父进程和子进程调用各自的printf语句时, 它们中的变量x会有不同的值的原因。 3.1问题同样是这个原因。

        *共享文件。 当运行这个实例程序时, 我们注意到父进程和子进程都把它们的输出显示到了屏幕上。 原因就是子进程继承了父进程所有打开的文件。 当父进程调用fork函数时, stdout文件是被打开的, 并指向屏幕。 所以子进程的输出也指向了屏幕。

      文章中的理论知识摘自《Computer Systems: A Programmer's Perspective second edition》

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