Linux中fork函數詳解

一、fork入門知識

創建一個進程並分配包括代碼、數據等資源。fork（）函數通過系統調用創建一個與原來進程幾乎完全相同的進程，

也就是兩個進程可以做完全相同的事，但如果初始參數或者傳入的變量不同，兩個進程也可以做不同的事。

一個進程調用fork（）函數後，系統先給新的進程分配資源，例如存儲數據和代碼的空間，在內核創建進程的數據結構。然後把原來的進程的堆棧和內核數據結構中所有值都複製到新的新進程中，只有少數值與原來的進程的值不同。相當於克隆了一個自己。

我們來看一個例子：

01./*
02. * fork_test.c
03. * version 1
04. * Created on: 2010-5-29
05. * Author: wangth
06. */
07.#include <unistd.h>
08.#include <stdio.h>
09.int main ()
10.{
11. pid_t fpid; //fpid表示fork函數返回的值
12. int count=0;
13. fpid=fork();
14. if (fpid < 0)
15. printf("error in fork!");
16. else if (fpid == 0) {
17. printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid());
18. printf("我是爹的兒子/n");//對某些人來說中文看着更直白。
19. count++;
20. }
21. else {
22. printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid());
23. printf("我是孩子他爹/n");
24. count++;
25. }
26. printf("統計結果是: %d/n",count);
27. return 0;
28.}
/*
* 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函數返回的值
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("我是爹的兒子/n");//對某些人來說中文看着更直白。
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("統計結果是: %d/n",count);
return 0;
}

01./* 
02. *  fork_test.c 
03. *  version 1 
04. *  Created on: 2010-5-29 
05. *      Author: wangth 
06. */  
07.#include <unistd.h>   
08.#include <stdio.h>    
09.int main ()   
10.{   
11.    pid_t fpid; //fpid表示fork函數返回的值   
12.    int count=0;  
13.    fpid=fork();   
14.    if (fpid < 0)   
15.        printf("error in fork!");   
16.    else if (fpid == 0) {  
17.        printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid());   
18.        printf("我是爹的兒子/n");//對某些人來說中文看着更直白。   
19.        count++;  
20.    }  
21.    else {  
22.        printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid());   
23.        printf("我是孩子他爹/n");  
24.        count++;  
25.    }  
26.    printf("統計結果是: %d/n",count);  
27.    return 0;  
28.}  
/*
 *  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函數返回的值
	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("我是爹的兒子/n");//對某些人來說中文看着更直白。
		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("統計結果是: %d/n",count);
	return 0;
}

運行結果是：
    i am the child process, my process id is 5574
    我是爹的兒子
    統計結果是: 1
    i am the parent process, my process id is 5573
    我是孩子他爹
    統計結果是: 1

在語句fpid=fork()之前，只有一個進程在執行這段代碼，但在這條語句之後，就變成兩個進程在執行了，這兩個進程的幾乎完全相同，

將要執行的下一條語句都是if(fpid<0)……
爲什麼兩個進程的fpid不同呢，這與fork函數的特性有關。

fork調用的一個奇妙之處就是它僅僅被調用一次，卻能夠返回兩次，它可能有三種不同的返回值：
    1）在父進程中，fork返回新創建子進程的進程ID；
    2）在子進程中，fork返回0；
    3）如果出現錯誤，fork返回一個負值；

在fork函數執行完畢後，如果創建新進程成功，則出現兩個進程，一個是子進程，一個是父進程。在子進程中，fork函數返回0，在父進程中，fork返回新創建子進程的進程ID。我們可以通過fork返回的值來判斷當前進程是子進程還是父進程。

引用一位網友的話來解釋fpid的值爲什麼在父子進程中不同。“其實就相當於鏈表，進程形成了鏈表，父進程的fpid(p 意味point)指向子進程的進程id，因爲子進程沒有子進程，所以其fpid爲0.---一個進程的pid有自己和子進程、父進程三種

fork出錯可能有兩種原因：
1）當前的進程數已經達到了系統規定的上限，這時errno的值被設置爲EAGAIN。
2）系統內存不足，這時errno的值被設置爲ENOMEM。

    創建新進程成功後，系統中出現兩個基本完全相同的進程，這兩個進程執行沒有固定的先後順序，哪個進程先執行要看系統的進程調度策略。
    每個進程都有一個獨特（互不相同）的進程標識符（process ID），可以通過getpid（）函數獲得，還有一個記錄父進程pid的變量，可以通過getppid（）函數獲得變量的值。
   fork執行完畢後，出現兩個進程，如下圖所示：

有人說兩個進程的內容完全一樣啊，怎麼打印的結果不一樣啊，那是因爲判斷條件的原因，上面列舉的只是進程的代碼和指令，還有變量啊。

執行完fork後，進程1的變量爲count=0，fpid！=0（父進程）。進程2的變量爲count=0，fpid=0（子進程），這兩個進程的變量都是獨立的，存在不同的地址中，不是共用的，這點要注意。可以說，我們就是通過fpid來識別和操作父子進程的。

fork是把進程當前的情況拷貝一份，執行fork時，進程已經執行完了int count=0; fork基本上完全拷貝父進程到新的進程。

二、fork進階知識

先看一份代碼：

[cpp] view plain copy print ?

/*
* 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指當前進程的父進程pid
//pid指當前進程的pid,
//fpid指fork返回給當前進程的值
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;
}

/*
 *  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指當前進程的父進程pid
   //pid指當前進程的pid,
   //fpid指fork返回給當前進程的值
   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;
}

    運行結果是：
    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

這份代碼比較有意思，我們來認真分析一下：
第一步：在父進程中，指令執行到for循環中，i=0，接着執行fork，fork執行完後，系統中出現兩個進程，分別是p3224和p3225

（後面我都用pxxxx表示進程id爲xxxx的進程）。可以看到父進程p3224的父進程是p2043，子進程p3225的父進程正好是p3224。我們用一個鏈表來表示這個關係：
p2043->p3224->p3225
第一次fork後，p3224（父進程）的變量爲i=0，fpid=3225（fork函數在父進程中返向子進程id），代碼內容爲：

[cpp] view plain copy print ?

for(i=0;i<2;i++){
pid_t fpid=fork();//執行完畢，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;

   for(i=0;i<2;i++){
       pid_t fpid=fork();//執行完畢，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（子進程）的變量爲i=0，fpid=0（fork函數在子進程中返回0），代碼內容爲：

[cpp] view plain copy print ?

for(i=0;i<2;i++){
pid_t fpid=fork();//執行完畢，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;

   for(i=0;i<2;i++){
       pid_t fpid=fork();//執行完畢，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;

所以打印出結果：
    0 parent 2043 3224 3225
    0 child 3224 3225    0
    第二步：假設父進程p3224先執行，當進入下一個循環時，i=1，接着執行fork，系統中又新增一個進程p3226，對於此時的父進程，p2043->p3224（當前進程）->p3226（被創建的子進程）。
    對於子進程p3225，執行完第一次循環後，i=1，接着執行fork，系統中新增一個進程p3227，對於此進程，p3224->p3225（當前進程）->p3227（被創建的子進程）。從輸出可以看到p3225原來是p3224的子進程，現在變成p3227的父進程。父子是相對的，這個大家應該容易理解。只要當前進程執行了fork，該進程就變成了父進程了，就打印出了parent。
    所以打印出結果是：
    1 parent 2043 3224 3226
    1 parent 3224 3225 3227
    第三步：第二步創建了兩個進程p3226，p3227，這兩個進程執行完printf函數後就結束了，因爲這兩個進程無法進入第三次循環，無法fork，該執行return 0;了，其他進程也是如此。
    以下是p3226，p3227打印出的結果：
    1 child     1 3227    0
    1 child     1 3226    0
    細心的讀者可能注意到p3226，p3227的父進程難道不該是p3224和p3225嗎，怎麼會是1呢？這裏得講到進程的創建和死亡的過程，在p3224和p3225執行完第二個循環後，main函數就該退出了，也即進程該死亡了，因爲它已經做完所有事情了。p3224和p3225死亡後，p3226，p3227就沒有父進程了，這在操作系統是不被允許的，所以p3226，p3227的父進程就被置爲p1了，p1是永遠不會死亡的，至於爲什麼，這裏先不介紹，留到“三、fork高階知識”講。
    總結一下，這個程序執行的流程如下：

高級進階：http://blog.csdn.net/jason314/article/details/5640969

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