Linux中fork()函数详解

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：

/* * fork_test.c * version 1 * Created on: 2010-5-29 * Author: wangth */ #include 
  
    #include 
   
     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

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。

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：

/* * 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：

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：

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：

这个程序最终产生了3个子进程，执行过6次printf（）函数。

我们再来看一份代码：

/* * 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; } 
    
  

它的执行结果是：

father son father father father father son son father son son son father son

 for i=0 1 2 father father father son son father son son father father son son father son

总结一下规律，对于这种N次循环的情况，执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2N-1）次，创建的子进程数为1+2+4+……+2N-1个。

(感谢gao_jiawei网友指出的错误，原本我的结论是“执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2N）次，创建的子进程数为1+2+4+……+2N ”，这是错的)

网上有人说N次循环产生2*（1+2+4+……+2N）个进程，这个说法是不对的，希望大家需要注意。

数学推理见http://202.117.3.13/wordpress/?p=81（该博文的最后）。

同时，大家如果想测一下一个程序中到底创建了几个子进程，最好的方法就是调用printf函数打印该进程的pid，也即调用printf("%d/n",getpid());或者通过printf("+/n");

来判断产生了几个进程。有人想通过调用printf("+");来统计创建了几个进程，这是不妥当的。具体原因我来分析。

老规矩，大家看一下下面的代码：

/* * fork_test.c * version 4 * Created on: 2010-5-29 * Author: wangth */ #include 
  
    #include 
   
     int main() { pid_t fpid;//fpid表示fork函数返回的值 //printf("fork!"); printf("fork!/n"); 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()); else printf("I am the parent process, my process id is %d/n", getpid()); return 0; } 
    
  

执行结果如下：

fork! I am the parent process, my process id is 3361 I am the child process, my process id is 3362

如果把语句printf("fork!/n");注释掉，执行printf("fork!");

则新的程序的执行结果是：

fork!I am the parent process, my process id is 3298 fork!I am the child process, my process id is 3299

程序的唯一的区别就在于一个/n回车符号，为什么结果会相差这么大呢？

这就跟printf的缓冲机制有关了，printf某些内容时，操作系统仅仅是把该内容放到了stdout的缓冲队列里了,并没有实际的写到屏幕上。

但是,只要看到有/n 则会立即刷新stdout,因此就马上能够打印了。

运行了printf("fork!")后,“fork!”仅仅被放到了缓冲里,程序运行到fork时缓冲里面的“fork!”  被子进程复制过去了。因此在子进程度stdout缓冲里面就也有了fork! 。所以,你最终看到的会是fork! 被printf了2次！！！！

而运行printf("fork! /n")后,“fork!”被立即打印到了屏幕上,之后fork到的子进程里的stdout缓冲里不会有fork! 内容。因此你看到的结果会是fork! 被printf了1次！！！！

所以说printf("+");不能正确地反应进程的数量。

大家看了这么多可能有点疲倦吧，不过我还得贴最后一份代码来进一步分析fork函数。

#include 
  
    #include 
   
     int main(int argc, char *argv[]) { fork(); fork() &&fork() || fork(); fork(); return 0; } 
    
  

问题是不算main这个进程自身，程序到底创建了多少个进程。

为了解答这个问题，我们先做一下弊，先用程序验证一下，到此有多少个进程。

#include 
  
    int main(int argc, char *argv[]) { fork(); fork() &&fork() || fork(); fork(); printf("+/n"); } 
  

加上前面的fork和最后的fork，总共4*5=20个进程，除去main主进程，就是19个进程了。

三、fork高阶知识

这一块我主要就fork函数讲一下操作系统进程的创建、死亡和调度等。因为时间和精力限制，我先写到这里，下次找个时间我争取把剩下的内容补齐。

原文地址：http://blog.csdn.net/jason314/article/details/