關於fork的初步理解

一、fork入門知識

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，這個新產生的進程稱爲子進程。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。然後把原來的進程的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。需要注意的一點：就是調用fork函數之後，一定是兩個進程同時執行的代碼段是fork函數之後的代碼，而之前的代碼以及由父進程執行完畢。下面來看一個很簡單的例子。
fork函數返回兩個值

返回一個大於0的值給父進程(這個值實際上是自進程的pid)
返回0給子進程(由於當前子進程還沒有產生它的子進程)

返回其他值說明fork失敗了

我們來看一個例子：

/*
 *  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.
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，

二、fork進階知識

先看一段代碼

/*
 *  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：

   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：

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，