在Linux系統下學習一個系統函數最好的方法就是閱讀其源碼，首先，給出fork函數的源碼
/*
* linux/kernel/fork.c
* //－－fork()用於創建子進程
* (C) 1991 Linus Torvalds
*/
/*
* 'fork.c' contains the help-routines for the 'fork' system call
* (see also system_call.s), and some misc functions ('verify_area').
* Fork is rather simple, once you get the hang of it, but the memory
* management can be a bitch. See 'mm/mm.c': 'copy_page_tables()'
*/
#include <errno.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <asm/segment.h>
#include <asm/system.h>
//－－寫頁面驗證，若頁面不可寫，則複製頁面
extern void write_verify(unsigned long address);
long last_pid=0;
//－－進程空間區域寫前驗證函數
void verify_area(void * addr,int size)
{
unsigned long start;
start = (unsigned long) addr;
size += start & 0xfff;
start &= 0xfffff000;
start += get_base(current->ldt[2]); //－－邏輯地址到線性地址的轉換
while (size>0) {
size -= 4096;
write_verify(start);
start += 4096;
}
}
int copy_mem(int nr,struct task_struct * p) //－－複製內存頁表
{ //－－由於採用寫時複製技術，這裏只複製目錄和頁表項，不分配內存
unsigned long old_data_base,new_data_base,data_limit;
unsigned long old_code_base,new_code_base,code_limit;
code_limit=get_limit(0x0f); //－－取段限長
data_limit=get_limit(0x17);
old_code_base = get_base(current->ldt[1]);
old_data_base = get_base(current->ldt[2]);
if (old_data_base != old_code_base)
panic("We don't support separate I&D");
if (data_limit < code_limit)
panic("Bad data_limit");
new_data_base = new_code_base = nr * TASK_SIZE;
p->start_code = new_code_base;
set_base(p->ldt[1],new_code_base);
set_base(p->ldt[2],new_data_base);
if (copy_page_tables(old_data_base,new_data_base,data_limit)) { //－－複製頁表
free_page_tables(new_data_base,data_limit);
return -ENOMEM;
}
return 0;
}
/*
* Ok, this is the main fork-routine. It copies the system process
* information (task[nr]) and sets up the necessary registers. It
* also copies the data segment in it's entirety.
*/ //－－fork()子程序，它複製系統進程信息，設置寄存器，複製數據段(代碼段)
int copy_process(int nr,long ebp,long edi,long esi,long gs,long none,
long ebx,long ecx,long edx, long orig_eax,
long fs,long es,long ds,
long eip,long cs,long eflags,long esp,long ss) //－－複製進程
{
struct task_struct *p;
int i;
struct file *f;
p = (struct task_struct *) get_free_page(); //－－爲新任務數據結構分配內存
if (!p)
return -EAGAIN;
task[nr] = p;
*p = *current; /* NOTE! this doesn't copy the supervisor stack */
p->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;
p->pid = last_pid;
p->counter = p->priority;
p->signal = 0;
p->alarm = 0;
p->leader = 0; /* process leadership doesn't inherit */
p->utime = p->stime = 0;
p->cutime = p->cstime = 0;
p->start_time = jiffies;
p->tss.back_link = 0;
p->tss.esp0 = PAGE_SIZE + (long) p;
p->tss.ss0 = 0x10;
p->tss.eip = eip;
p->tss.eflags = eflags;
p->tss.eax = 0;
p->tss.ecx = ecx;
p->tss.edx = edx;
p->tss.ebx = ebx;
p->tss.esp = esp;
p->tss.ebp = ebp;
p->tss.esi = esi;
p->tss.edi = edi;
p->tss.es = es & 0xffff;
p->tss.cs = cs & 0xffff;
p->tss.ss = ss & 0xffff;
p->tss.ds = ds & 0xffff;
p->tss.fs = fs & 0xffff;
p->tss.gs = gs & 0xffff;
p->tss.ldt = _LDT(nr);
p->tss.trace_bitmap = 0x80000000;
if (last_task_used_math == current)
__asm__("clts ; fnsave %0 ; frstor %0"::"m" (p->tss.i387));
if (copy_mem(nr,p)) {
task[nr] = NULL;
free_page((long) p);
return -EAGAIN;
}
for (i=0; i<NR_OPEN;i++) //－－如果父進程中有文件是打開的，則將對應文件的打開次數增1
if (f=p->filp[i])
f->f_count++;
if (current->pwd)
current->pwd->i_count++;
if (current->root)
current->root->i_count++;
if (current->executable)
current->executable->i_count++;
if (current->library)
current->library->i_count++;
set_tss_desc(gdt+(nr<<1)+FIRST_TSS_ENTRY,&(p->tss)); //－－在GDT表中設置新任務的TSS和LDT
set_ldt_desc(gdt+(nr<<1)+FIRST_LDT_ENTRY,&(p->ldt));
p->p_pptr = current;
p->p_cptr = 0;
p->p_ysptr = 0;
p->p_osptr = current->p_cptr;
if (p->p_osptr)
p->p_osptr->p_ysptr = p;
current->p_cptr = p;
p->state = TASK_RUNNING; /* do this last, just in case */
return last_pid;
}
int find_empty_process(void) //－－爲新進程取得不重複的進程號last_pid
{
int i;
repeat:
if ((++last_pid)<0) last_pid=1;
for(i=0 ; i<NR_TASKS ; i++)
if (task[i] && ((task[i]->pid == last_pid) ||
(task[i]->pgrp == last_pid)))
goto repeat;
for(i=1 ; i<NR_TASKS ; i++)
if (!task[i])
return i;
return -EAGAIN;
}以下給出說明：
fork函數
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h> pid_t fork(void);
fork調用失敗則返回-1，調用成功的返回值見下面的解釋。我們通過一個例子來理解fork是怎樣創建新進程的。
這個程序的運行過程如下圖所示。
-
父進程初始化。
-
父進程調用
fork，這是一個系統調用，因此進入內核。 -
內核根據父進程複製出一個子進程，父進程和子進程的PCB信息相同，用戶態代碼和數據也相同。因此，子進程現在的狀態看起來和父進程一樣，做完了初始化，剛調用了
fork進入內核，還沒有從內核返回。 -
現在有兩個一模一樣的進程看起來都調用了
fork進入內核等待從內核返回（實際上fork只調用了一次），此外系統中還有很多別的進程也等待從內核返回。是父進程先返回還是子進程先返回，還是這兩個進程都等待，先去調度執行別的進程，這都不一定，取決於內核的調度算法。 -
如果某個時刻父進程被調度執行了，從內核返回後就從
fork函數返回，保存在變量pid中的返回值是子進程的id，是一個大於0的整數，因此執下面的else分支，然後執行for循環，打印"This is the parent\n"三次之後終止。 -
如果某個時刻子進程被調度執行了，從內核返回後就從
fork函數返回，保存在變量pid中的返回值是0，因此執行下面的if (pid == 0)分支，然後執行for循環，打印"This is the child\n"六次之後終止。fork調用把父進程的數據複製一份給子進程，但此後二者互不影響，在這個例子中，fork調用之後父進程和子進程的變量message和n被賦予不同的值，互不影響。 -
父進程每打印一條消息就睡眠1秒，這時內核調度別的進程執行，在1秒這麼長的間隙裏（對於計算機來說1秒很長了）子進程很有可能被調度到。同樣地，子進程每打印一條消息就睡眠1秒，在這1秒期間父進程也很有可能被調度到。所以程序運行的結果基本上是父子進程交替打印，但這也不是一定的，取決於系統中其它進程的運行情況和內核的調度算法，如果系統中其它進程非常繁忙則有可能觀察到不同的結果。另外，讀者也可以把
sleep(1);去掉看程序的運行結果如何。 -
這個程序是在Shell下運行的，因此Shell進程是父進程的父進程。父進程運行時Shell進程處於等待狀態，當父進程終止時Shell進程認爲命令執行結束了，於是打印Shell提示符，而事實上子進程這時還沒結束，所以子進程的消息打印到了Shell提示符後面。最後光標停在
This is the child的下一行，這時用戶仍然可以敲命令，即使命令不是緊跟在提示符後面，Shell也能正確讀取。
fork函數的特點概括起來就是“調用一次，返回兩次”，在父進程中調用一次，在父進程和子進程中各返回一次。從上圖可以看出，一開始是一個控制流程，調用fork之後發生了分叉，變成兩個控制流程，這也就是“fork”（分叉）這個名字的由來了。子進程中fork的返回值是0，而父進程中fork的返回值則是子進程的id（從根本上說fork是從內核返回的，內核自有辦法讓父進程和子進程返回不同的值），這樣當fork函數返回後，程序員可以根據返回值的不同讓父進程和子進程執行不同的代碼。
fork的返回值這樣規定是有道理的。fork在子進程中返回0，子進程仍可以調用getpid函數得到自己的進程id，也可以調用getppid函數得到父進程的id。在父進程中用getpid可以得到自己的進程id，然而要想得到子進程的id，只有將fork的返回值記錄下來，別無它法。
fork的另一個特性是所有由父進程打開的描述符都被複制到子進程中。父、子進程中相同編號的文件描述符在內核中指向同一個file結構體，也就是說，file結構體的引用計數要增加。