linux下调用fork()生成进程的一些细节

概述

在linux下，可以直接调用fork()函数来生成当前进程的子进程，且子进程与父进程共享代码段。至于具体是共享全部代码段，还是自fork()之后的代码段，下面的例子中有简单的测试。

实际上，子进程相当于父进程的拷贝，二者的代码部分完全相同，可以看作是同一段代码的两次执行，他们之间可以通信，而且可以根据fork()返回值的不同对代码进行有选择地执行。

父进程中，调用fork()时，系统会生成一个新的进程，同时把父进程的当前寄存器状态等 拷贝到新的进程，来生成子进程。最后如果进程生成成功，则fork()返回这个子进程的进程id，供父进程查看与使用。然后父进程继续执行接下来的语句，而子进程想要进入CPU执行，需要排队等待。对于子进程，由于只是复制了父进程的当前栈状态，所以其相当于是与父进程共享了fork()之后的代码段。子进程实际上是从fork()返回返回值时候开始执行的，但其返回值为0.

为什么父进程与子进程的fork()返回值不同？

首先，需要明白的是，进程(process)不仅仅是程序(program)，还包括了自己的数据，及与其相关的寄存器状态等。每个进程只有在进入CPU中的时候才会被执行，其数据与寄存器状态才会改变。由于相当于CPU来说，进程数很多，所以进程大部分时间并不是在执行(executing)，而是处于准备(prepared)或者等待(waiting)状态。一般CPU会为每个进程分配一定长度的时间片(slice)，在这个时间片内，进程会被执行，如果时间片耗尽，进程必须离开CPU，等待下一次得到时间片。当进程离开CPU时候，就需要把自己当前的状态保存下来，比如当前执行到第几行程序(PC)，各变量的值，各寄存器的值等，以便再次进入CPU可以将这些数据加载，继续执行。总之，每个进程都有自己的数据，及寄存器状态，且可以在非执行状态维持不变。

函数的返回值是在寄存器exa中储存的，当父进程调用fork()并返回结果时，是取其当前exa中的数据，而这个数据在fork()中已经被更新为子进程的id了，所以父进程可以通过fork()知道其产生的子进程的id，当然所有进程都可以使用另一个函数getpid()知道自己的id. 

子进程方面，通过父进程调用fork()函数，子进程对父进程的当前栈进行了复制，不过其exa寄存器状态被初始化成了0，这时候子进程还没有被CPU执行过，当其第一次被CPU执行时，fork()的返回值由其exa寄存器的值来确定，所以为0. 之后，两个进程的执行代码就相同了。

为什么需要产生子进程？

父进程产生子进程的一个好处是：可以加快程序的执行速度。

由于CPU每次分给每个进程的时间片是有限的，进程如果想要得到时间片，需要竞争（有相应的算法），这时，如果一段代码使用了生成子进程的方法，则相当于可以有两个进程执行这一段代码，把两个进程的功能分开，相当于被CPU执行的几率提高了1倍，速度变快。比如使用if-else语句，父进程执行if语句块，子进程执行else语句块。

一个例子：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>

int main()
{
pid_t pid;
int test;

srand((unsigned)time(0));
test=rand()%10;
sleep(2);
pid=fork();
if(0>pid)
{
printf("Creating process error! Test nr. is %d\n", test);
return -1;
}
if(0==pid)
{
printf("This is child process, %d. Test nr. is %d\n",getpid(),test);
sleep(2);
}
else
{
printf("Enter the parent process, Test nr. is %d\n",test);
wait();
printf("This is parent process, %d, the child id is %d, Test nr. is %d\n",getpid(),pid,test);
}
return 1;
}

结果如下：
dhlinux@ubuntu:~/test_c$ ./fork_process
Enter the parent process, Test nr. is 3
This is child process, 3042. Test nr. is 3
This is parent process, 3041, the child id is 3042, Test nr. is 3

解释：这段代码包括了打算测试的fork()相关的主要部分，没有通信与同步。
首先，产生随机数是为了测试子进程是否真的是从fork()处开始执行的，如果不是的话，结果处的Test nr. 值与父进程应该不同，但结果正好与之相反，同时印证了之前叙述的fork()的原理。

如果子进程生成失败，fork()的返回值为负，可以通过0>pid检测出来。此为异常处理

从结果中可以看出，父进程首先执行，直到wait()函数处，wait()函数的作用是等待直到子进程结束。然后子进程执行，最后父进程中的子进程id与子进程自己输出的id相同。

对应到具体执行过程：父进程竞争得到时间片，进入CPU，开始执行，然后调用了fork()函数，产生了子进程，此时子进程处于等待或者准备队列，仍然是父进程处于CPU中，直到遇到wait()函数，虽然分配的时间片没有用完，但遇到中断(即wait)，不得不退出。直到子进程进入CPU，执行完，父进程才得以解锁，继续执行。