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 <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；

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。
    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，

    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。
    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

1.先看一份代码：

/* 
 *  fork_test.c 
 *  version 2 
 *  Created on: 2010-5-29 
 *      Author: wangth 
 */  
#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();  
       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。

2.我们再来看一份代码：

/* 
 *  fork_test.c 
 *  version 3 
 *  Created on: 2010-5-29 
 *      Author: wangth 
 */  
#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
    son
    father
    father
    father
    father
    son
    son
    father
    son
    son
    son
    father
    son
    这里就不做详细解释了，只做一个大概的分析。
    for        i=0         1           2
              father     father     father
                                        son
                           son       father
                                       son
               son       father     father
                                       son
                           son       father
                                        son
    其中每一行分别代表一个进程的运行打印结果。
    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。

3.最后，对printf的缓冲机制做一个简单分析，代码如下：

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

int main()
{
    pid_t pid;

    printf("parent\n");
    pid = fork();
    if (0 == pid)
    {
        printf("child\n");
    }
    else if (pid > 0)
    {
        printf("parent\n");
    }
    else if (pid < 0)
    {
        printf("error\n");
    }
    return 0;
}

输出结果为：
parent
parent
child

我把第一个printf里的‘\n‘去掉后，测试的输出结果是：

parentparent
parentchild

为什么两种情况的输出结果差一个parent呢，因为prient函数存在缓冲机制，在详细介绍之前，先对缓冲做简要了解：

缓冲区又称为缓存，它是内存空间的一部分。也就是说，在内存空间中预留了一定的存储空间，这些存储空间用来缓冲输入或输出的数据，这部分预留的空间就叫做缓冲区。

缓冲区根据其对应的是输入设备还是输出设备，分为输入缓冲区和输出缓冲区。

为什么要引入缓冲区

比如我们从磁盘里取信息，我们先把读出的数据放在缓冲区，计算机再直接从缓冲区中取数据，等缓冲区的数据取完后再去磁盘中读取，这样就可以减少磁盘的读写次数，再加上计算机对缓冲区的操作大大快于对磁盘的操作，故应用缓冲区可大大提高计算机的运行速度。

又比如，我们使用打印机打印文档，由于打印机的打印速度相对较慢，我们先把文档输出到打印机相应的缓冲区，打印机再自行逐步打印，这时我们的CPU可以处理别的事情。

现在您基本明白了吧，缓冲区就是一块内存区，它用在输入输出设备和CPU之间，用来缓存数据。它使得低速的输入输出设备和高速的CPU能够协调工作，避免低速的输入输出设备占用CPU，解放出CPU，使其能够高效率工作。

缓冲区的类型

缓冲区分为三种类型：全缓冲、行缓冲和不带缓冲。

1) 全缓冲

在这种情况下，当填满标准I/O缓存后才进行实际I/O操作。全缓冲的典型代表是对磁盘文件的读写。

2) 行缓冲

在这种情况下，当在输入和输出中遇到换行符时，执行真正的I/O操作。这时，我们输入的字符先存放在缓冲区，等按下回车键换行时才进行实际的I/O操作。典型代表是标准输入(stdin)和标准输出(stdout)。

3) 不带缓冲

也就是不进行缓冲，标准出错情况stderr是典型代表，这使得出错信息可以直接尽快地显示出来。

由此可知，因为printf函数其实调用的是全局宏stdout（标准输出），所以printf的缓冲属于行缓冲。

那什么情况下会刷新缓冲区?

程序结束时调用 exit(0) .
遇到 \n , \r 时会刷新缓冲区.
手动刷新 fflush .
缓冲区满时自动刷新.

我们知道了以上内容后，回到刚才的代码

printf函数在执行输出内容时，操作系统仅仅是把该内容放到了stdout的缓冲队列里，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("parent")后，“parent”仅仅被放到了缓冲里，程序运行到fork()时缓冲里面的“parent” 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parent。所以，最终看到的会是parent 被printf了2次。

而运行printf("parent/n")后,，parent被立即打印到了屏幕上，之后fork()的子进程里的stdout缓冲里不会有“parent”。因此最终看到的结果parent只被printf了1次。

参考：

　　https://blog.csdn.net/jason314/article/details/5640969?utm_source=copy

　　http://blog.csdn.net/dog_in_yellow/archive/2008/01/13/2041079.aspx

　　http://blog.chinaunix.net/u1/53053/showart_425189.html

　　http://blog.csdn.net/saturnbj/archive/2009/06/19/4282639.aspx

　　http://www.cppblog.com/zhangxu/archive/2007/12/02/37640.html

　　http://www.qqread.com/linux/2010/03/y491043.html

　　http://www.yuanma.org/data/2009/1103/article_3998.htm

　　https://www.jb51.net/article/127400.htm

原文地址：https://www.cnblogs.com/zzdbullet/p/9699438.html

时间： 2024-10-17 17:51:04

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