Linux中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：

[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函数返回的值     

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("我是爹的儿子/n");//对某些人来说中文看着更直白。     

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("统计结果是: %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());   

        printf("我是爹的儿子/n");//对某些人来说中文看着更直白。  

        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("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

    我是爹的儿子

    统计结果是: 1

    i am the parent process, my process id is 5573

    我是孩子他爹

    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。

    引用一位网友的话来解释fpid的值为什么在父子进程中不同。“其实就相当于链表，进程形成了链表，父进程的fpid(p 意味point)指向子进程的进程id，因为子进程没有子进程，所以其fpid为0.

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，如下图所示：

 


       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：

[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：

[cpp] view
plain copy

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：

[cpp] view
plain copy

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：