Linux中fork函数分析

1、fork简介

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。

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-1；

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。

2、例题

1）下列程序代码在Linux系统执行后”*”会被输出多少次()

正确答案: A

void main()
{
int i;
for(i=0;i<3;i++)
{
fork();
printf("*\n");
}
return;
}

A、14

B、16

C、30

D、32

注意这个题目中输出的时候有\n，刷新了缓冲区，所以只能是14个！！！！。画一个二叉树可以快速得出

。   第一个不算，因为由他产生了其他两个进程
i=0          。            。（2）
i=1      。      。     。       。（4）
i=2    。  。 。    。 。   。 。     。      （8）

来看下面一道题

2）请问下面的程序一共输出多少个“-”？

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
int i;
for(i=0; i<2; i++){
fork();
printf("-");
}

return 0;
}

如果你对fork()的机制比较熟悉的话，这个题并不难，输出应该是6个“-”，但是，实际上这个程序会输出8个“-”。

要讲清这个题，我们首先需要知道fork()系统调用的特性，

fork()系统调用是Unix下以自身进程创建子进程的系统调用，一次调用，两次返回，如果返回是0，则是子进程，如果返回值>0，则是父进程（返回值是子进程的pid），这是众为周知的。

还有一个很重要的东西是，在fork()的调用处，整个父进程空间会原模原样地复制到子进程中，包括指令，变量值，程序调用栈，环境变量，缓冲区，等等。

所以，上面的那个程序为什么会输出8个“-”，这是因为printf(“-”);语句有buffer，所以，对于上述程序，printf(“-”);把“-”放到了缓存中，并没有真正的输出（参看《C语言的迷题》中的第一题），在fork的时候，缓存被复制到了子进程空间，所以，就多了2个，就成了8个，而不是6个。！！！！！！！！！！！！！

另外，多说一下，我们知道，Unix下的设备有“块设备”和“字符设备”的概念，所谓块设备，就是以一块一块的数据存取的设备，字符设备是一次存取一个字符的设备。磁盘、内存都是块设备，字符设备如键盘和串口。块设备一般都有缓存，而字符设备一般都没有缓存。

对于上面的问题，我们如果修改一下上面的printf的那条语句为：

printf("-\n");

或者

printf("-");
fflush(stdout);

就没有问题了（就是6个“-”了），因为程序遇到“\n”，或是EOF，或是缓中区满，或是文件描述符关闭，或是主动flush，或是程序退出，就会把数据刷出缓冲区。！！！！需要注意的是，标准输出是行缓冲，所以遇到“\n”的时候会刷出缓冲区，但对于磁盘这个块设备来说，“\n”并不会引起缓冲区刷出的动作，那是全缓冲，你可以使用setvbuf来设置缓冲区大小，或是用fflush刷缓存。

用图来解释更直观：



注意：上图中的我用了几个色彩，相同颜色的是同一个进程。于是，我们的pstree的图示就可以成为下面这个样子：（下图中的颜色与上图对应）



这样，对于printf(“-”);这个语句，我们就可以很清楚的知道，哪个子进程复制了父进程标准输出缓中区里的的内容，而导致了多次输出了。（如下图所示，就是我阴影并双边框了那两个子进程）



（转载自 酷壳：http://coolshell.cn/articles/7965.html）

例题2：下面代码的输出结果是()

int main(){
int pid;
int num=1;
pid=fork();
if(pid>0){
num++;
printf("in parent:num:%d addr:%x\n",num,&num);
}
else if(pid==0){
printf("in child:num:%d addr:%x\n",num,&num);
}
}

答案：父子进程中输出的num不同,num地址相同。

虚拟地址空间，num地址的值相同，但是其真实的物理地址却不一样。

问题就出在地址想不相同，如果按照两个进程各处在独自的虚拟进程地址空间分析的话，这个题很容易会选择num地址不相同，但是Linux中的资源分配都是虚拟机制，也就是说，他们还是会共用一个虚拟的地址，但是映射到物理内存就可能会不一样。