linux中fork（）函數詳解--------王太紅ID：jason314

一、fork入門知識 一個進程，包括代碼、數據和分配給進程的資源。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。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。 我們來看一個例子： view plaincopy to clipboardprint? /* * fork_test.c * version 1 * Created on: 2010-5-29 * Author: wangth */ #include #include 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; } /* * fork_test.c * version 1 * Created on: 2010-5-29 * Author: wangth */ #include #include 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， 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。 還有人可能疑惑爲什麼不是從#include處開始複製代碼的，這是因爲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只拷貝下一個要執行的代碼到新的進程。 二、fork進階知識 先看一份代碼： view plaincopy to clipboardprint? /* * fork_test.c * version 2 * Created on: 2010-5-29 * Author: wangth */ #include #include 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 #include 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： view plaincopy to clipboardprint? 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： view plaincopy to clipboardprint? 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： 這個程序最終產生了3個子進程，執行過6次printf（）函數。 我們再來看一份代碼： view plaincopy to clipboardprint? /* * fork_test.c * version 3 * Created on: 2010-5-29 * Author: wangth */ #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; } /* * fork_test.c * version 3 * Created on: 2010-5-29 * Author: wangth */ #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; } 它的執行結果是： father son father father father father son son father son son son father son 這裏就不做詳細解釋了，只做一個大概的分析。 for i=0 1 2 father father father son son father son son father father son son father son 其中每一行分別代表一個進程的運行打印結果。 總結一下規律，對於這種N次循環的情況，執行printf函數的次數爲2*（1+2+4+……+2N）次，創建的子進程數爲1+2+4+……+2N個。 網上有人說N次循環產生2*（1+2+4+……+2N）個進程，這個說法是不對的，希望大家需要注意。 同時，大家如果想測一下一個程序中到底創建了幾個子進程，最好的方法就是調用printf函數打印該進程的pid，也即調用printf("%d/n",getpid());或者通過printf("+/n");來判斷產生了幾個進程。有人想通過調用printf("+");來統計創建了幾個進程，這是不妥當的。具體原因我來分析。 老規矩，大家看一下下面的代碼： view plaincopy to clipboardprint? /* * fork_test.c * version 4 * Created on: 2010-5-29 * Author: wangth */ #include #include int main() { pid_t fpid;//fpid表示fork函數返回的值 //printf("fork!"); printf("fork!/n"); 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()); else printf("I am the parent process, my process id is %d/n", getpid()); return 0; } /* * fork_test.c * version 4 * Created on: 2010-5-29 * Author: wangth */ #include #include int main() { pid_t fpid;//fpid表示fork函數返回的值 //printf("fork!"); printf("fork!/n"); 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()); else printf("I am the parent process, my process id is %d/n", getpid()); return 0; } 執行結果如下： fork! I am the parent process, my process id is 3361 I am the child process, my process id is 3362 如果把語句printf("fork!/n");註釋掉，執行printf("fork!"); 則新的程序的執行結果是： fork!I am the parent process, my process id is 3298 fork!I am the child process, my process id is 3299 程序的唯一的區別就在於一個/n回車符號，爲什麼結果會相差這麼大呢？ 這就跟printf的緩衝機制有關了，printf某些內容時，操作系統僅僅是把該內容放到了stdout的緩衝隊列裏了,並沒有實際的寫到屏幕上。但是,只要看到有/n 則會立即刷新stdout,因此就馬上能夠打印了。 運行了printf("fork!")後,“fork!”僅僅被放到了緩衝裏,程序運行到fork時緩衝裏面的“fork!” 被子進程複製過去了。因此在子進程度stdout緩衝裏面就也有了fork! 。所以,你最終看到的會是fork! 被printf了2次！！！！ 而運行printf("fork! /n")後,“fork!”被立即打印到了屏幕上,之後fork到的子進程裏的stdout緩衝裏不會有fork! 內容。因此你看到的結果會是fork! 被printf了1次！！！！ 所以說printf("+");不能正確地反應進程的數量。 大家看了這麼多可能有點疲倦吧，不過我還得貼最後一份代碼來進一步分析fork函數。 view plaincopy to clipboardprint? #include #include int main(int argc, char* argv[]) { fork(); fork() && fork() || fork(); fork(); return 0; } #include #include int main(int argc, char* argv[]) { fork(); fork() && fork() || fork(); fork(); return 0; } 問題是不算main這個進程自身，程序到底創建了多少個進程。 爲了解答這個問題，我們先做一下弊，先用程序驗證一下，到此有多少個進程。 view plaincopy to clipboardprint? #include int main(int argc, char* argv[]) { fork(); fork() && fork() || fork(); fork(); printf("+/n"); } #include int main(int argc, char* argv[]) { fork(); fork() && fork() || fork(); fork(); printf("+/n"); } 答案是總共20個進程，除去main進程，還有19個進程。 我們再來仔細分析一下，爲什麼是還有19個進程。 第一個fork和最後一個fork肯定是會執行的。 主要在中間3個fork上，可以畫一個圖進行描述。 這裏就需要注意&&和||運算符。 A&&B，如果A=0，就沒有必要繼續執行&&B了；A非0，就需要繼續執行&&B。 A||B，如果A非0，就沒有必要繼續執行||B了，A=0，就需要繼續執行||B。 fork()對於父進程和子進程的返回值是不同的，按照上面的A&&B和A||B的分支進行畫圖，可以得出5個分支。 加上前面的fork和最後的fork，總共4*5=20個進程，除去main主進程，就是19個進程了。 三、fork高階知識 這一塊我主要就fork函數講一下操作系統進程的創建、死亡和調度等。因爲時間和精力限制，我先寫到這裏，這周我爭取把剩下的內容補齊。 參考資料： 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 本文來自CSDN博客，轉載請標明出處：http://blog.csdn.net/jason314/archive/2010/06/01/5640969.aspx