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Markdown versions of documentation pages are available by appending `.md` to page URLs; this page is available as [Markdown](https://xiaoxiami.gitbook.io/linux-server/duo-jin-cheng-bian-cheng/forkhan-shu.md). # fork函数 [参考原文](http://blog.csdn.net/jason314/article/details/5640969) ## fork()函数函数介绍 **所需头文件：** ```c #include #include ``` **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`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： ```c #include #include #include #include #include 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： ```c /* * fork_test.c */ #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 ``` 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： ![](https://github.com/xiaoxiami/linux-server/tree/a9632b5f3a7d35ae98afdcd85a4604852c8aba0d/assets/fork_p.jpg) 验证一下,修改例子代码: ```c 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， ![](/files/-LfnTGYEMD6RbfdiRFvO) 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： ```c /* * fork_test.c * version 2 */ #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(); 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： ``` ```c 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： ``` ```c 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： ![](/files/-LfnTGYHhy-F7xUOHvI1) 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： ```c /* * fork_test.c * version 3 */ #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 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。 ```c #include 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。 ![](/files/-LfnTGYJKhB7VzrFiCcZ)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。 ```