Linux中fork（）函數(shù)詳解

一、fork入門(mén)知識(shí)

一個(gè)進(jìn)程，包括代碼、數(shù)據(jù)和分配給進(jìn)程的資源。fork（）函數(shù)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)與原來(lái)進(jìn)程幾乎完全相同的進(jìn)程，也就是兩個(gè)進(jìn)程可以做完全相同的事，但如果初始參數(shù)或者傳入的變量不同，兩個(gè)進(jìn)程也可以做不同的事。

??? 一個(gè)進(jìn)程調(diào)用fork（）函數(shù)后，系統(tǒng)先給新的進(jìn)程分配資源，例如存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和代碼的空間。然后把原來(lái)的進(jìn)程的所有值都復(fù)制到新的新進(jìn)程中，只有少數(shù)值與原來(lái)的進(jìn)程的值不同。相當(dāng)于克隆了一個(gè)自己。

我們來(lái)看一個(gè)例子：

[cpp]?view plaincopy

/*?

*??fork_test.c?

*??version?1?

*??Created?on:?2010-5-29?

*??????Author:?wangth?

*/??

#include???

#include????

int?main?()???

{???

pid_t?fpid;?//fpid表示fork函數(shù)返回的值??

int?count=0;??

fpid=fork();???

if?(fpid?

printf("error?in?fork!");???

else?if?(fpid?==?0)?{??

printf("i?am?the?child?process,?my?process?id?is?%d/n",getpid());???

printf("我是爹的兒子/n");//對(duì)某些人來(lái)說(shuō)中文看著更直白。??

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("統(tǒng)計(jì)結(jié)果是:?%d/n",count);??

return?0;??

}??

運(yùn)行結(jié)果是：
????i am the child process, my process id is 5574
??? 我是爹的兒子
??? 統(tǒng)計(jì)結(jié)果是: 1
??? i am the parent process, my process id is 5573
??? 我是孩子他爹
??? 統(tǒng)計(jì)結(jié)果是: 1

??? 在語(yǔ)句fpid=fork()之前，只有一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行這段代碼，但在這條語(yǔ)句之后，就變成兩個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行了，這兩個(gè)進(jìn)程的幾乎完全相同，將要執(zhí)行的下一條語(yǔ)句都是if(fpid<0)……

為什么兩個(gè)進(jìn)程的fpid不同呢，這與fork函數(shù)的特性有關(guān)。

fork調(diào)用的一個(gè)奇妙之處就是它僅僅被調(diào)用一次，卻能夠返回兩次，它可能有三種不同的返回值：
??? 1）在父進(jìn)程中，fork返回新創(chuàng)建子進(jìn)程的進(jìn)程ID；
??? 2）在子進(jìn)程中，fork返回0；
??? 3）如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，fork返回一個(gè)負(fù)值；

在fork函數(shù)執(zhí)行完畢后，如果創(chuàng)建新進(jìn)程成功，則出現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程，一個(gè)是子進(jìn)程，一個(gè)是父進(jìn)程。在子進(jìn)程中，fork函數(shù)返回0，在父進(jìn)程中，fork返回新創(chuàng)建子進(jìn)程的進(jìn)程ID。我們可以通過(guò)fork返回的值來(lái)判斷當(dāng)前進(jìn)程是子進(jìn)程還是父進(jìn)程。

引用一位網(wǎng)友的話(huà)來(lái)解釋fpid的值為什么在父子進(jìn)程中不同?！捌鋵?shí)就相當(dāng)于鏈表，進(jìn)程形成了鏈表，父進(jìn)程的fpid(p 意味point)指向子進(jìn)程的進(jìn)程id,因?yàn)樽舆M(jìn)程沒(méi)有子進(jìn)程，所以其fpid為0.

fork出錯(cuò)可能有兩種原因：
??? 1）當(dāng)前的進(jìn)程數(shù)已經(jīng)達(dá)到了系統(tǒng)規(guī)定的上限，這時(shí)errno的值被設(shè)置為EAGAIN。
??? 2）系統(tǒng)內(nèi)存不足，這時(shí)errno的值被設(shè)置為ENOMEM。

??? 創(chuàng)建新進(jìn)程成功后，系統(tǒng)中出現(xiàn)兩個(gè)基本完全相同的進(jìn)程，這兩個(gè)進(jìn)程執(zhí)行沒(méi)有固定的先后順序，哪個(gè)進(jìn)程先執(zhí)行要看系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度策略。
??? 每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)獨(dú)特（互不相同）的進(jìn)程標(biāo)識(shí)符（process ID），可以通過(guò)getpid（）函數(shù)獲得，還有一個(gè)記錄父進(jìn)程pid的變量，可以通過(guò)getppid（）函數(shù)獲得變量的值。
fork執(zhí)行完畢后，出現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程，

有人說(shuō)兩個(gè)進(jìn)程的內(nèi)容完全一樣啊，怎么打印的結(jié)果不一樣啊，那是因?yàn)榕袛鄺l件的原因，上面列舉的只是進(jìn)程的代碼和指令，還有變量啊。

??? 執(zhí)行完fork后，進(jìn)程1的變量為count=0，fpid！=0（父進(jìn)程）。進(jìn)程2的變量為count=0，fpid=0（子進(jìn)程），這兩個(gè)進(jìn)程的變量都是獨(dú)立的，存在不同的地址中，不是共用的，這點(diǎn)要注意?？梢哉f(shuō)，我們就是通過(guò)fpid來(lái)識(shí)別和操作父子進(jìn)程的。

??? 還有人可能疑惑為什么不是從#include處開(kāi)始復(fù)制代碼的，這是因?yàn)閒ork是把進(jìn)程當(dāng)前的情況拷貝一份，執(zhí)行fork時(shí)，進(jìn)程已經(jīng)執(zhí)行完了int count=0;

fork只拷貝下一個(gè)要執(zhí)行的代碼到新的進(jìn)程。

二、fork進(jìn)階知識(shí)

先看一份代碼：

[cpp]?view plaincopy

/*?

*??fork_test.c?

*??version?2?

*??Created?on:?2010-5-29?

*??????Author:?wangth?

*/??

#include???

#include???

int?main(void)??

{??

int?i=0;??

printf("i?son/pa?ppid?pid??fpid/n");??

//ppid指當(dāng)前進(jìn)程的父進(jìn)程pid??

//pid指當(dāng)前進(jìn)程的pid,??

//fpid指fork返回給當(dāng)前進(jìn)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;??

}??

運(yùn)行結(jié)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?

??? 這份代碼比較有意思，我們來(lái)認(rèn)真分析一下：
????第一步：在父進(jìn)程中，指令執(zhí)行到for循環(huán)中，i=0，接著執(zhí)行fork，fork執(zhí)行完后，系統(tǒng)中出現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程，分別是p3224和p3225（后面我都用pxxxx表示進(jìn)程id為xxxx的進(jìn)程）?？梢钥吹礁高M(jìn)程p3224的父進(jìn)程是p2043，子進(jìn)程p3225的父進(jìn)程正好是p3224。我們用一個(gè)鏈表來(lái)表示這個(gè)關(guān)系：

p2043->p3224->p3225?
??? 第一次fork后，p3224（父進(jìn)程）的變量為i=0，fpid=3225（fork函數(shù)在父進(jìn)程中返向子進(jìn)程id），代碼內(nèi)容為：

[c-sharp]?view plaincopy

for(i=0;i<2;i++){??

pid_t?fpid=fork();//執(zhí)行完畢，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（子進(jìn)程）的變量為i=0，fpid=0（fork函數(shù)在子進(jìn)程中返回0），代碼內(nèi)容為：

[c-sharp]?view plaincopy

for(i=0;i<2;i++){??

pid_t?fpid=fork();//執(zhí)行完畢，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;??

所以打印出結(jié)果：
????0?parent 2043 3224 3225
??? 0 child? 3224 3225??? 0
????第二步：假設(shè)父進(jìn)程p3224先執(zhí)行，當(dāng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)時(shí)，i=1，接著執(zhí)行fork，系統(tǒng)中又新增一個(gè)進(jìn)程p3226，對(duì)于此時(shí)的父進(jìn)程，

p2043->p3224（當(dāng)前進(jìn)程）->p3226（被創(chuàng)建的子進(jìn)程）。
??? 對(duì)于子進(jìn)程p3225，執(zhí)行完第一次循環(huán)后，i=1，接著執(zhí)行fork，系統(tǒng)中新增一個(gè)進(jìn)程p3227，對(duì)于此進(jìn)程，p3224->p3225（當(dāng)前進(jìn)程）->p3227（被創(chuàng)建的子進(jìn)程）。

從輸出可以看到p3225原來(lái)是p3224的子進(jìn)程，現(xiàn)在變成p3227的父進(jìn)程。父子是相對(duì)的，這個(gè)大家應(yīng)該容易理解。只要當(dāng)前進(jìn)程執(zhí)行了fork，該進(jìn)程就變成了父進(jìn)程了，就打印出了parent。
? 所以打印出結(jié)果是：
????1 parent 2043 3224 3226
??? 1 parent 3224 3225 3227?
????第三步：第二步創(chuàng)建了兩個(gè)進(jìn)程p3226，p3227，這兩個(gè)進(jìn)程執(zhí)行完printf函數(shù)后就結(jié)束了，因?yàn)檫@兩個(gè)進(jìn)程無(wú)法進(jìn)入第三次循環(huán)，無(wú)法fork，該執(zhí)行return 0;了，其他進(jìn)程也是如此。
??? 以下是p3226，p3227打印出的結(jié)果：
????1 child???? 1 3227??? 0
??? 1 child???? 1 3226??? 0?
??? 細(xì)心的讀者可能注意到p3226，p3227的父進(jìn)程難道不該是p3224和p3225嗎，怎么會(huì)是1呢？這里得講到進(jìn)程的創(chuàng)建和死亡的過(guò)程，在p3224和p3225執(zhí)行完第二個(gè)循環(huán)后，main函數(shù)就該退出了，也即進(jìn)程該死亡了，因?yàn)樗呀?jīng)做完所有事情了。p3224和p3225死亡后，p3226，p3227就沒(méi)有父進(jìn)程了，這在操作系統(tǒng)是不被允許的，所以p3226，p3227的父進(jìn)程就被置為p1了，p1是永遠(yuǎn)不會(huì)死亡的，至于為什么，這里先不介紹，留到“三、fork高階知識(shí)”講。

??? 總結(jié)一下，這個(gè)程序執(zhí)行的流程如下：

這個(gè)程序最終產(chǎn)生了3個(gè)子進(jìn)程，執(zhí)行過(guò)6次printf（）函數(shù)。
??? 我們?cè)賮?lái)看一份代碼：

[cpp]?view plaincopy

/*?

*??fork_test.c?

*??version?3?

*??Created?on:?2010-5-29?

*??????Author:?wangth?

*/??

#include???

#include???

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;??

}??

它的執(zhí)行結(jié)果是：
????father
??? son
??? father
??? father
??? father
??? father
??? son
??? son
??? father
??? son
??? son
??? son
??? father
??? son?
??? 這里就不做詳細(xì)解釋了，只做一個(gè)大概的分析。
??? for??????? i=0???????? 1?????????? 2
????????????? father???? father???? father
??????????????????????????????????????? son
?????????????????????????? ?son?????? father
?????????????????????????????????????? ?son
?????????????? son?????? father???? father
?????????????????????????????????????? ?son
?????????????????????????? ?son?????? father
??????????????????????????????????????? son
??? 其中每一行分別代表一個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行打印結(jié)果。
??? 總結(jié)一下規(guī)律，對(duì)于這種N次循環(huán)的情況，執(zhí)行printf函數(shù)的次數(shù)為2*（1+2+4+……+2N-1）次，創(chuàng)建的子進(jìn)程數(shù)為1+2+4+……+2N-1個(gè)。

(感謝gao_jiawei網(wǎng)友指出的錯(cuò)誤，原本我的結(jié)論是“執(zhí)行printf函數(shù)的次數(shù)為2*（1+2+4+……+2N）次，創(chuàng)建的子進(jìn)程數(shù)為1+2+4+……+2N?”，這是錯(cuò)的)
????網(wǎng)上有人說(shuō)N次循環(huán)產(chǎn)生2*（1+2+4+……+2N）個(gè)進(jìn)程，這個(gè)說(shuō)法是不對(duì)的，希望大家需要注意。

同時(shí)，大家如果想測(cè)一下一個(gè)程序中到底創(chuàng)建了幾個(gè)子進(jìn)程，最好的方法就是調(diào)用printf函數(shù)打印該進(jìn)程的pid，也即調(diào)用printf("%d/n",getpid());或者通過(guò)printf("+/n");

來(lái)判斷產(chǎn)生了幾個(gè)進(jìn)程。有人想通過(guò)調(diào)用printf("+");來(lái)統(tǒng)計(jì)創(chuàng)建了幾個(gè)進(jìn)程，這是不妥當(dāng)?shù)?。具體原因我來(lái)分析。
??? 老規(guī)矩，大家看一下下面的代碼：

[cpp]?view plaincopy

/*?

*??fork_test.c?

*??version?4?

*??Created?on:?2010-5-29?

*??????Author:?wangth?

*/??

#include???

#include???

int?main()?{??

pid_t?fpid;//fpid表示fork函數(shù)返回的值??

//printf("fork!");??

printf("fork!/n");??

fpid?=?fork();??

if?(fpid?

printf("error?in?fork!");??

else?if?(fpid?==?0)??

printf("I?am?the?child?process,?my?process?id?is?%d/n",?getpid());??

else??

printf("I?am?the?parent?process,?my?process?id?is?%d/n",?getpid());??

return?0;??

}??

執(zhí)行結(jié)果如下：
????fork!
??? I am the parent process, my process id is 3361
??? I am the child process, my process id is 3362?
????如果把語(yǔ)句printf("fork!/n");注釋掉，執(zhí)行printf("fork!");
??? 則新的程序的執(zhí)行結(jié)果是：
????fork!I am the parent process, my process id is 3298
??? fork!I am the child process, my process id is 3299?

??? 程序的唯一的區(qū)別就在于一個(gè)/n回車(chē)符號(hào)，為什么結(jié)果會(huì)相差這么大呢？
????這就跟printf的緩沖機(jī)制有關(guān)了，printf某些內(nèi)容時(shí)，操作系統(tǒng)僅僅是把該內(nèi)容放到了stdout的緩沖隊(duì)列里了,并沒(méi)有實(shí)際的寫(xiě)到屏幕上。

但是,只要看到有/n 則會(huì)立即刷新stdout,因此就馬上能夠打印了。
??? 運(yùn)行了printf("fork!")后,“fork!”僅僅被放到了緩沖里,程序運(yùn)行到fork時(shí)緩沖里面的“fork!”? 被子進(jìn)程復(fù)制過(guò)去了。因此在子進(jìn)程度stdout

緩沖里面就也有了fork! 。所以,你最終看到的會(huì)是fork!? 被printf了2次?。。。?br /> ??? 而運(yùn)行printf("fork! /n")后,“fork!”被立即打印到了屏幕上,之后fork到的子進(jìn)程里的stdout緩沖里不會(huì)有fork! 內(nèi)容。因此你看到的結(jié)果會(huì)是fork! 被printf了1次?。。?！
????所以說(shuō)printf("+");不能正確地反應(yīng)進(jìn)程的數(shù)量。
??? 大家看了這么多可能有點(diǎn)疲倦吧，不過(guò)我還得貼最后一份代碼來(lái)進(jìn)一步分析fork函數(shù)。

[cpp]?view plaincopy

#include???

#include???

int?main(int?argc,?char*?argv[])??

{??

fork();??

fork()?&&?fork()?||?fork();??

fork();??

return?0;??

}??

問(wèn)題是不算main這個(gè)進(jìn)程自身，程序到底創(chuàng)建了多少個(gè)進(jìn)程。
??? 為了解答這個(gè)問(wèn)題，我們先做一下弊，先用程序驗(yàn)證一下，到此有多少個(gè)進(jìn)程。

[c-sharp]?view plaincopy

#include???

int?main(int?argc,?char*?argv[])??

{??

fork();??

fork()?&&?fork()?||?fork();??

fork();??

printf("+/n");??

}??

答案是總共20個(gè)進(jìn)程，除去main進(jìn)程，還有19個(gè)進(jìn)程。
??? 我們?cè)賮?lái)仔細(xì)分析一下，為什么是還有19個(gè)進(jìn)程。
??? 第一個(gè)fork和最后一個(gè)fork肯定是會(huì)執(zhí)行的。
??? 主要在中間3個(gè)fork上，可以畫(huà)一個(gè)圖進(jìn)行描述。
??? 這里就需要注意&&和||運(yùn)算符。
??? A&&B，如果A=0，就沒(méi)有必要繼續(xù)執(zhí)行&&B了；A非0，就需要繼續(xù)執(zhí)行&&B。
??? A||B，如果A非0，就沒(méi)有必要繼續(xù)執(zhí)行||B了，A=0，就需要繼續(xù)執(zhí)行||B。
??? fork()對(duì)于父進(jìn)程和子進(jìn)程的返回值是不同的，按照上面的A&&B和A||B的分支進(jìn)行畫(huà)圖，可以得出5個(gè)分支。

加上前面的fork和最后的fork，總共4*5=20個(gè)進(jìn)程，除去main主進(jìn)程，就是19個(gè)進(jìn)程了。

三、fork高階知識(shí)

這一塊我主要就fork函數(shù)講一下操作系統(tǒng)進(jìn)程的創(chuàng)建、死亡和調(diào)度等。因?yàn)闀r(shí)間和精力限制，我先寫(xiě)到這里，下次找個(gè)時(shí)間我爭(zhēng)取把剩下的內(nèi)容補(bǔ)齊。

?