• 【Linux 进程】fork函数详解


     一、fork入门知识

         一个进程,包括代码、数据和分配给进程的资源。fork()函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程,也就是两个进程可以做完全相同的事,但如果初始参数或者传入的变量不同,两个进程也可以做不同的事。
        一个进程调用fork()函数后,系统先给新的进程分配资源,例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中,只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。

         我们来看一个例子:

    #include <unistd.h>
    #include <stdio.h> 
    int main () 
    { 
        pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值
        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()); 
            count++;
        }
        else {
            printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid()); 
            count++;
        }
        printf("统计结果是: %d/n",count);
        return 0;
    }

    运行结果是:
        i am the child process, my process id is 5574
        统计结果是: 1
        i am the parent process, my process id is 5573
        统计结果是: 1
        在语句fpid=fork()之前,只有一个进程在执行这段代码,但在这条语句之后,就变成两个进程在执行了,这两个进程的几乎完全相同,将要执行的下一条语句都是if(fpid<0)……
        为什么两个进程的fpid不同呢,这与fork函数的特性有关。fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次,却能够返回两次,它可能有三种不同的返回值:
        1)在父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID;
        2)在子进程中,fork返回0;
        3)如果出现错误,fork返回一个负值;

        在fork函数执行完毕后,如果创建新进程成功,则出现两个进程,一个是子进程,一个是父进程。在子进程中,fork函数返回0,在父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID。我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。

        fork出错可能有两种原因:
        1)当前的进程数已经达到了系统规定的上限,这时errno的值被设置为EAGAIN。
        2)系统内存不足,这时errno的值被设置为ENOMEM。
        创建新进程成功后,系统中出现两个基本完全相同的进程,这两个进程执行没有固定的先后顺序,哪个进程先执行要看系统的进程调度策略。
        每个进程都有一个独特(互不相同)的进程标识符(process ID),可以通过getpid()函数获得,还有一个记录父进程pid的变量,可以通过getppid()函数获得变量的值。
        fork执行完毕后,出现两个进程,

    有人说两个进程的内容完全一样啊,怎么打印的结果不一样啊,那是因为判断条件的原因,上面列举的只是进程的代码和指令,还有变量啊。
    执行完fork后,进程1的变量为count=0,fpid!=0(父进程)。进程2的变量为count=0,fpid=0(子进程),这两个进程的变量都是独立的,存在不同的地址中,不是共用的,这点要注意。可以说,我们就是通过fpid来识别和操作父子进程的。
    还有人可能疑惑为什么不是从#include处开始复制代码的,这是因为fork是把进程当前的情况拷贝一份,执行fork时,进程已经执行完了int count=0;fork只拷贝下一个要执行的代码到新的进程。

    二、fork进阶知识

        先看一份代码:

    #include <unistd.h>
    #include <stdio.h>
    int main(void)
    {
       int i=0;
       printf("i son/pa ppid pid  fpid/n");
       //ppid指当前进程的父进程pid
       //pid指当前进程的pid,
       //fpid指fork返回给当前进程的值
       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;
    }

    运行结果是:
        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
        这份代码比较有意思,我们来认真分析一下:
        第一步:在父进程中,指令执行到for循环中,i=0,接着执行fork,fork执行完后,系统中出现两个进程,分别是p3224和p3225(后面我都用pxxxx表示进程id为xxxx的进程)。可以看到父进程p3224的父进程是p2043,子进程p3225的父进程正好是p3224。我们用一个链表来表示这个关系:
        p2043->p3224->p3225
        第一次fork后,p3224(父进程)的变量为i=0,fpid=3225(fork函数在父进程中返向子进程id),代码内容为:

       for(i=0;i<2;i++){
           pid_t fpid=fork();//执行完毕,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(子进程)的变量为i=0,fpid=0(fork函数在子进程中返回0),代码内容为:

       for(i=0;i<2;i++){
           pid_t fpid=fork();//执行完毕,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;

    所以打印出结果:
        0 parent 2043 3224 3225
        0 child  3224 3225    0
        第二步:假设父进程p3224先执行,当进入下一个循环时,i=1,接着执行fork,系统中又新增一个进程p3226,对于此时的父进程,p2043->p3224(当前进程)->p3226(被创建的子进程)。
        对于子进程p3225,执行完第一次循环后,i=1,接着执行fork,系统中新增一个进程p3227,对于此进程,p3224->p3225(当前进程)->p3227(被创建的子进程)。从输出可以看到p3225原来是p3224的子进程,现在变成p3227的父进程。父子是相对的,这个大家应该容易理解。只要当前进程执行了fork,该进程就变成了父进程了,就打印出了parent。
        所以打印出结果是:
        1 parent 2043 3224 3226
        1 parent 3224 3225 3227 
        第三步:第二步创建了两个进程p3226,p3227,这两个进程执行完printf函数后就结束了,因为这两个进程无法进入第三次循环,无法fork,该执行return 0;了,其他进程也是如此。
        以下是p3226,p3227打印出的结果:
        1 child     1 3227    0
        1 child     1 3226    0
        细心的读者可能注意到p3226,p3227的父进程难道不该是p3224和p3225吗,怎么会是1呢?这里得讲到进程的创建和死亡的过程,在p3224和p3225执行完第二个循环后,main函数就该退出了,也即进程该死亡了,因为它已经做完所有事情了。p3224和p3225死亡后,p3226,p3227就没有父进程了,这在操作系统是不被允许的,所以p3226,p3227的父进程就被置为p1了,p1是永远不会死亡的,至于为什么,这里先不介绍,留到“三、fork高阶知识”讲。
        总结一下,这个程序执行的流程如下:

     这个程序最终产生了3个子进程,执行过6次printf()函数。

    我们再来看一份代码:

    #include <unistd.h>
    #include <stdio.h>
    int main(void)
    {
       int i=0;
       for(i=0;i<3;i++){
           pid_t fpid=fork();
           if(fpid==0)
               printf("son/n");
           else
               printf("father/n");
       }
       return 0;
    
    }

    它的执行结果是:
        father
        son
        father
        father
        father
        father
        son
        son
        father
        son
        son
        son
        father
        son
        这里就不做详细解释了,只做一个大概的分析。
        for        i=0         1           2
                  father     father     father
                                            son
                                son       father
                                            son
                   son       father     father
                                            son
                                son       father
                                            son
        其中每一行分别代表一个进程的运行打印结果。
        总结一下规律,对于这种N次循环的情况,执行printf函数的次数为2*(1+2+4+……+2N-1)次,创建的子进程数为1+2+4+……+2N-1个。(感谢gao_jiawei网友指出的错误,原本我的结论是“执行printf函数的次数为2*(1+2+4+……+2N)次,创建的子进程数为1+2+4+……+2N ”,这是错的)
        网上有人说N次循环产生2*(1+2+4+……+2N)个进程,这个说法是不对的,希望大家需要注意。
    文章转载:https://blog.csdn.net/jason314/article/details/5640969

    关于fork函数常用的两种情形:当你要创建一个子进程的时候就用fork()函数,它一般有两种应用:

    第一,创建一个子进程用来执行和父进程不同的代码段,这个在网络中应用比较广,比如服务器端fork一个子进程用来等待客户端的请求,当请求到来时,子进程响应这个请求,而父进程则继续等待客户端请求的到来;

    第二,创建一个子进程用来执行和父进程不同的程序,这种应用往往 fork一个子进程之后立即调用exec族函数,exec族函数则调用新的程序来代替新创建的子进程。

  • 相关阅读:
    20.11.16 leetcode406 leetcode中的排序写法
    20.11.15 leetcode402
    20.11.14 leetcode1122(自定义排序)
    polyline NOIP模拟 数论 规律
    alien NOIP模拟 位运算 数论
    跳石头 vijos1981 NOIP2015 D2T1 二分答案 模拟 贪心
    寻找道路 vijos1909 NOIP2014 D2T2 SPFA
    不死的LYM NOIP模拟 二分+状压DP
    死亡的颂唱者 NOIP模拟 贪心 DFS
    无线网络发射器选址 vijos 1908 NOIP2014 D2T1 模拟
  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/xuelisheng/p/10071336.html
Copyright © 2020-2023  润新知