fork函数

参考原文

fork()函数函数介绍

所需头文件：

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>

函数定义 : pid_t fork( void );

pid_t 是一个宏定义，其实质是int 被定义在#include<sys/types.h>中

返回值: 若成功调用一次则返回两个值，子进程返回0，父进程返回子进程ID；否则，出错返回-1

函数说明：

一个现有进程可以调用fork函数创建一个新进程。由fork创建的新进程被称为子进程（child process）。fork函数被调用一次但返回两次。两次返回的唯一区别是子进程中返回0值而父进程中返回子进程ID。

子进程是父进程的副本，它将获得父进程数据空间、堆、栈等资源的副本。父子进程间共享的存储空间只有代码段。

示例：

#include<sys/types.h> 
#include<unistd.h> 
#include<stdio.h> 
#include<stdlib.h> 
#include<errno.h> 

int main() 
{ 

  pid_t pid;/*pid 进程id号*/ 

  pid=fork();/*创建一个新进程*/ 

  if(pid==0) /*返回0为子进程*/ 
  { 
   printf("Return pid is %d\n",pid); 
   printf("This is son process!  pid is:%d\n",getpid()); 

  } 
  else if(pid>0)/*返回大于0为父进程*/ 
  { 
    printf("Return pid is %d\n",pid); 
    printf("This is parent process!  pid is:%d\n",getpid()); 
     waitpid(pid,NULL,0);/*等待子进程退出*/
  } 
  else 
  { 
     perror("fork() error!"); 
     exit; 
  } 
}

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。

例子：

/*
 *  fork_test.c
 */
#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；

如图：

验证一下,修改例子代码:

pid=fork(); // 此行后加入
printf("pid:%d\n",pid);

结果:

pid:19007
This is in the father process,here write a string to the pipe.
pid:0
This is in the child process,here read a string from the pipe.
Hello world , this is write by pipe.

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，

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
 */
#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();
       printf("pid:%d\n",fpid);
       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：(注意:本人在ubuntu下执行,每次的执行结果不同,未按照原文说的执行结果)

i son/pa ppid pid  fpid
pid:32152
0 parent 32100 32147 32152
pid:0
0 child  32147 32152    0
pid:32153
1 parent 32100 32147 32153
pid:0
1 child  32147 32153    0
pid:32154
1 parent 32147 32152 32154
pid:0
1 child  2108 32154    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p32147和p32152(第一个是当前进程,另一个是创建出来的子进程)（后面我都用pxxxx表示进程id为xxxx的进程）。可以看到父进程p32147的父进程是p32100，子进程p32152的父进程正好是p32147。我们用一个链表来表示这个关系：

p32100->p32147->p32152

第一次fork后，p3224（**父进程**）的变量为i=0，fpid=p32152（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=32152
       printf("pid:%d\n",fpid);
       if(fpid==32152)
           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;

p32152（**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
       printf("pid:%d\n",fpid);
       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：

pid:32152
0 parent 32100 32147 32152
pid:0
0 child  32147 32152    0

第二步：

假设父进程p32147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p32153，对于此时的父进程，p32100->p32147（当前进程）->p32153（被创建的子进程）。

对于子进程p32152，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p32154，对于此进程，p32147->p32152（当前进程）->p32154（被创建的子进程）。从输出可以看到32152原来是32147的子进程，现在变成32154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 32100 32147 32153
pid:0
1 child  32147 32153    0
pid:32154
1 parent 32147 32152 32154
pid:0
1 child  2108 32154    0

第三步：

第二步创建了两个进程p32153，p32154，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，结束。

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
 */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
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
father
son
father
father
father
son
father
son
son
son
father
son
son

进一步分析fork函数。

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 <stdio.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
   fork();
   fork() && fork() || fork();
   fork();
   printf("+\n");
}

答案是总共20个进程，除去main进程，还有19个进程。

我们再来仔细分析一下，为什么是还有19个进程。

第一个fork和最后一个fork肯定是会执行的。

主要在中间3个fork上，可以画一个图进行描述。

这里就需要注意&&和||运算符。

A&&B，如果A=0，就没有必要继续执行&&B了；A非0，就需要继续执行&&B。

A||B，如果A非0，就没有必要继续执行||B了，A=0，就需要继续执行||B。

fork()对于父进程和子进程的返回值是不同的，按照上面的A&&B和A||B的分支进行画图，可以得出5个分支。

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。