linux fork函数浅析

大家好，又见面了，我是全栈君，祝每个程序员都可以多学几门语言。

#include <sys/types.h> #include <unistd.h> /* 功能：复制进程 參数：无 返回值：成功：父进程：返回子进程id 子进程：返回0 失败：返回－1 */ pid_t fork(void);

由fork创建的新进程被称为子进程（child process）。该函数被调用一次，但返回两次。两次返回的差别是子进程的返回值是0，而父进程的返回值则是新进程（子进程）的进程 id。将子进程id返回给父进程的理由是：由于一个进程的子进程能够多于一个，没有一个函数使一个进程能够获得其全部子进程的进程id。对子进程来说，之所以fork返回0给它，是由于它随时能够调用getpid()来获取自己的pid；也能够调用getppid()来获取父进程的id。(进程id 0总是由交换进程使用，所以一个子进程的进程id不可能为0 )。

fork之后，操作系统会复制一个与父进程全然同样的子进程，虽说是父子关系，可是在操作系统看来，他们更像兄弟关系，这2个进程共享代码空间，可是数据空间是互相独立的，子进程数据空间中的内容是父进程的完整拷贝，指令指针也全然同样，子进程拥有父进程当前执行到的位置（两进程的程序计数器pc值同样，也就是说，子进程是从fork返回处開始执行的），但有一点不同，假设fork成功，子进程中fork的返回值是0，父进程中fork的返回值是子进程的进程号，假设fork不成功，父进程会返回错误。
能够这样想象，2个进程一直同一时候执行，并且步调一致，在fork之后，他们分别作不同的工作，也就是分岔了。这也是fork为什么叫fork的原因

至于那一个最先执行，可能与操作系统（调度算法）有关，并且这个问题在实际应用中并不重要，假设须要父子进程协同，能够通过原语的办法解决。

一个fork样例

#include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <stdio.h> int main(void) { pid_t pid; pid=fork(); switch (pid) { case -1: perror(“fork error”); exit(1); case 0: printf(“I am the child process, my process id is %d/n”, getpid()); break; default: printf(“I am the parent process, my process id is %d/n”, getpid()); break; } return 0; }

要搞清楚fork的运行过程，就必须先弄清楚操作系统中的“进程(process)”概念。一个进程，主要包括三个元素：
o. 一个能够运行的程序；
o. 和该进程相关联的所有数据（包含变量，内存空间，缓冲区等等）；
o. 程序的运行上下文（execution context）。

最好还是简单理解为，一个进程表示的，就是一个可运行程序的一次运行过程中的一个状态。操作系统对进程的管理，典型的情况，是通过进程表完毕的。进程表中的每个表项，记录的是当前操作系统中一个进程的情况。对于单 CPU的情况而言，每一特定时刻仅仅有一个进程占用 CPU，可是系统中可能同一时候存在多个活动的（等待运行或继续运行的）进程。
一个称为“程序计数器（program counter, pc）”的寄存器，指出当前占用 CPU的进程要运行的下一条指令的位置。
当分给某个进程的 CPU时间已经用完，操作系统将该进程相关的寄存器的值，保存到该进程在进程表中相应的表项里面；把将要接替这个进程占用 CPU的那个进程的上下文，从进程表中读出，并更新相应的寄存器（这个过程称为“上下文交换(process context switch)”，实际的上下文交换须要涉及到很多其它的数据，那和fork无关，不再多说，主要要记住程序寄存器pc记录了程序当前已经运行到哪里，是进程上下文的重要内容，换出 CPU的进程要保存这个寄存器的值，换入CPU的进程，也要依据进程表中保存的本进程运行上下文信息，更新这个寄存器）。
好了，有这些概念打底，能够说fork了。当你的程序运行到以下的语句：pid=fork();

操作系统创建一个新的进程（子进程），而且在进程表中对应为它建立一个新的表项。新进程和原有进程的可运行程序是同一个程序；上下文和数据，绝大部分就是原进程（父进程）的拷贝，但它们是两个相互独立的进程！此时程序寄存器pc，在父、子进程的上下文中都声称，这个进程眼下运行到fork调用即将返回（此时子进程不占有CPU，子进程的pc不是真正保存在寄存器中，而是作为进程上下文保存在进程表中的相应表项内）。问题是怎么返回，在父子进程中就分道扬镳。

（如果父进程一直占领CPU，实际情况非常可能不一样）父进程继续运行，操作系统对fork的实现，使这个调用在父进程中返回刚刚创建的子进程的pid（一个正整数），所以以下的swtich语句中运行了default分支（case -1，case 0分支都不满足）。所以输出I am the parent process…

子进程在之后的某个时候得到调度，它的上下文被换入，占领 CPU，操作系统对fork的实现，使得子进程中fork调用返回0，所以在这个进程（注意这不是父进程了哦，尽管是同一个程序，可是这是同一个程序的另外一次运行，在操作系统中这次运行是由另外一个进程表示的，从运行的角度说和父进程相互独立）中pid=0。这个进程继续运行的过程中，switch语句中 case -1不满足，可是case 0是满足。所以输出I am the child process..

程序的执行结果（先输出I am the parent process…，还是I am the parent process…）不可预见，与操作系统实际执行情况有关！

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