由fork創(chuàng)建的新進(jìn)程被稱為子進(jìn)程（child process）。fork函數(shù)被調(diào)用一次，但返回兩次。子進(jìn)程的返回值是0，而父進(jìn)程的返回值則是新進(jìn)程的進(jìn)程ID。將子進(jìn)程ID返回給父進(jìn)程的理由是：因?yàn)橐粋€(gè)進(jìn)程的子進(jìn)程可以有多個(gè)，并且沒有一個(gè)函數(shù)使一個(gè)進(jìn)程可以獲得其所有子進(jìn)程的進(jìn)程ID。fork使子進(jìn)程得到返回值0的理由是：一個(gè)進(jìn)程只會(huì)有一個(gè)父進(jìn)程，所以子進(jìn)程總是可以調(diào)用getpid以獲得其父進(jìn)程的進(jìn)程ID。
使fork失敗的兩個(gè)主要原因是：系統(tǒng)中已經(jīng)有了太多的進(jìn)程，或者該實(shí)際用戶ID的進(jìn)程總數(shù)超過了系統(tǒng)限制。

fork有下面兩種用法：

（1）一個(gè)父進(jìn)程希望復(fù)制自己，使父、子進(jìn)程同時(shí)執(zhí)行不同的代碼段。這在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)程中是常見的--父進(jìn)程等待客戶端的服務(wù)請(qǐng)求。當(dāng)這種請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，父進(jìn)程調(diào)用fork，使子進(jìn)程處理此請(qǐng)求。父進(jìn)程則繼續(xù)等待下一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求到達(dá)。

（2）一個(gè)進(jìn)程要執(zhí)行一個(gè)不同的程序。這對(duì)shell是常見的情況。子進(jìn)程從fork返回后立即調(diào)用exec。

歸結(jié)起來說就是是實(shí)現(xiàn)多線程。C語言多線程實(shí)現(xiàn)需要自己控制來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)比Java要復(fù)雜。

注意：fork確實(shí)創(chuàng)建了一個(gè)子進(jìn)程并完全復(fù)制父進(jìn)程，但是子進(jìn)程是從fork后面那個(gè)指令開始執(zhí)行的。對(duì)于原因也很合乎邏輯，如果子進(jìn)程也從main開頭到尾執(zhí)行所有指令，那么它執(zhí)行到fork指令時(shí)也必定會(huì)創(chuàng)建一個(gè)子子進(jìn)程，子子孫孫無窮盡也，如此下去，這個(gè)小小的程序就可以創(chuàng)建無數(shù)多個(gè)進(jìn)程可以把你的電腦搞癱瘓，所以fork作者肯定不會(huì)這么做。

原來剛剛開始做Linux下面的多進(jìn)程編程的時(shí)候，對(duì)于下面這段代碼感到很奇怪，

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdarg.h>
#include<errno.h>
#define LEN 2
void err_exit(char *fmt,...);
int main(int argc,char *argv[])
{
  pid_t pid;
  int loop;

  for(loop=0;loop<LEN;loop++)
  {
  if((pid=fork()) < 0)
    err_exit("[fork:%d]: ",loop);
  else if(pid == 0)
  {
   printf("Child process\n"); 
  }
  else
  {
    sleep(5);
  }
  }

  return 0;
}

為什么這段程序會(huì)創(chuàng)建3個(gè)子進(jìn)程，而不是兩個(gè)，為什么在第20行后面加上一個(gè)return 0;就創(chuàng)建的又是兩個(gè)子進(jìn)程了？原來一直搞不明白，后來了解了C語言程序的存儲(chǔ)空間布局以及在fork之后父子進(jìn)程是共享正文段(代碼段CS)之后才明白這其中的緣由！具體原理是啥，且容我慢慢道來！

首先得明白一個(gè)東西就是C程序的存儲(chǔ)空間布局，如下圖所示：

當(dāng)一個(gè)C程序執(zhí)行之后，它會(huì)被加載到內(nèi)存之中，它在內(nèi)存中的布局如上圖，分為這么幾個(gè)部分，環(huán)境變量和命令行參數(shù)、棧、堆、數(shù)據(jù)段（初始化和未初始化的）、正文段，下面挨個(gè)來說明這幾段分別代表了什么：

環(huán)境變量和命令行參數(shù)：這些指的就是Unix系統(tǒng)上的環(huán)境變量(比如$PATH)和傳給main函數(shù)的參數(shù)(argv指針?biāo)赶虻膬?nèi)容)。

數(shù)據(jù)段：這個(gè)是指在C程序中定義的全局變量，如果沒有初始化，那么就存放在未初始化的數(shù)據(jù)段中，程序運(yùn)行時(shí)統(tǒng)一由exec賦值為0。否則就存放在初始化的數(shù)據(jù)段中，程序運(yùn)行時(shí)由exec統(tǒng)一從程序文件中讀取。（了解匯編的朋友們想必知道匯編語言中的數(shù)據(jù)段DS，這和匯編中的數(shù)據(jù)段其實(shí)是一個(gè)東西）。

堆：這一部分主要用來動(dòng)態(tài)分配空間。比如在C語言中用malloc申請(qǐng)的空間就是在這個(gè)區(qū)域申請(qǐng)的。

正文段：C語言代碼并不是直接執(zhí)行的，而是被編譯成了機(jī)器指令才能夠在電腦上執(zhí)行，最終生成的機(jī)器指令就是存放在這個(gè)區(qū)域（匯編中的代碼段CS指的就是這片區(qū)域）。

棧：個(gè)人感覺這是C程序內(nèi)存布局最關(guān)鍵的部分了。這個(gè)部分主要用來做函數(shù)調(diào)用。具體而言怎么說呢，程序剛開始棧中只有main這一個(gè)函數(shù)的內(nèi)容（即main的棧幀），如果main函數(shù)要調(diào)用func函數(shù)，那么func函數(shù)的返回地址(main函數(shù)的地址)，func函數(shù)的參數(shù)，func函數(shù)中定義的局部變量，還有func函數(shù)的返回值等等這些都會(huì)被壓入棧中，這時(shí)棧中就多了func函數(shù)的內(nèi)容（func的棧幀）。然后func函數(shù)運(yùn)行完了之后再來彈棧，把它原來壓的內(nèi)容去掉（即清除掉func棧幀），此時(shí)棧中又只剩下了main的棧幀。（這片區(qū)域就是匯編中的棧段SS）

OK，這就是C程序的存儲(chǔ)器布局。這里我聯(lián)想到另外一點(diǎn)，就是全局變量和靜態(tài)變量是存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)段中的，而局部變量是存儲(chǔ)在棧中的，棧中數(shù)據(jù)在函數(shù)調(diào)用完之后一彈棧就沒了，這就是為什么全局變量的生存周期比局部變量的生存周期要長的原因。

了解了C程序在存儲(chǔ)器的布局之后，我們?cè)賮砹私鈌ork的內(nèi)存復(fù)制機(jī)制，關(guān)于這個(gè)，我們只需要了解一句話就夠了，“子進(jìn)程復(fù)制父進(jìn)程的數(shù)據(jù)空間(數(shù)據(jù)段)、棧和堆，父、子進(jìn)程共享正文段?！币簿褪钦f，對(duì)于程序中的數(shù)據(jù)，子進(jìn)程要復(fù)制一份，但是對(duì)于指令，子進(jìn)程并不復(fù)制而是和父進(jìn)程共享。具體來看下面這段代碼（這是我在上面那段代碼上稍微添加了一點(diǎn)東西）：

/* 這個(gè)程序會(huì)創(chuàng)建3個(gè)子進(jìn)程，理解這句話，父子進(jìn)程復(fù)制數(shù)據(jù)段、棧、堆，共享正文段
 *
 */
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdarg.h>
#include<errno.h>
#define BUFSIZE 512
#define LEN 2
void err_exit(char *fmt,...);
int main(int argc,char *argv[])
{
  pid_t pid;
  int loop;

  for(loop=0;loop<LEN;loop++)
  {
  printf("Now is No.%d loop:\n",loop);

  if((pid=fork()) < 0)
    err_exit("[fork:%d]: ",loop);
  else if(pid == 0)
  {
   printf("[Child process]P:%d C:%d\n",getpid(),getppid()); 
  }
  else
  {
    sleep(5);
  }
  }

  return 0;
}

為什么上面那段代碼會(huì)創(chuàng)建三個(gè)子進(jìn)程？我們來具體分析一下它的執(zhí)行過程：

首先父進(jìn)程執(zhí)行循環(huán)，通過fork創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，然后sleep5秒。

再來看父進(jìn)程創(chuàng)建的這個(gè)子進(jìn)程，這里我們記為子進(jìn)程1.子進(jìn)程1完全復(fù)制了這個(gè)父進(jìn)程的數(shù)據(jù)部分，但是需要注意的是它的正文段是和父進(jìn)程共享的。也就是說，子進(jìn)程1開始執(zhí)行代碼的部分并不是從main的 { 開始執(zhí)行的，而是主函數(shù)執(zhí)行到哪里了，它就接著執(zhí)行，具體而言就是它會(huì)執(zhí)行fork后面的代碼。所以子進(jìn)程1首先會(huì)打印出它的ID和它的父進(jìn)程的ID。然后繼續(xù)第二遍循環(huán)，然后這個(gè)子進(jìn)程1再來創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，我們記為子進(jìn)程11，子進(jìn)程1開始sleep。

子進(jìn)程11接著子進(jìn)程1執(zhí)行的代碼開始執(zhí)行(即fork后面)，它也是打印出它的ID和父進(jìn)程ID（子進(jìn)程1），然后此時(shí)loop的值再加1就等于2了，所以子進(jìn)程2直接就返回了。

那個(gè)子進(jìn)程1sleep完了之后也是loop的值加1之后變成了2，所以子進(jìn)程1也返回了！

然后我們?cè)俜祷厝タ锤高M(jìn)程，它僅僅循環(huán)了一次，sleep完之后再來進(jìn)行第二次循環(huán)，這次又創(chuàng)建了一個(gè)子進(jìn)程我們記為子進(jìn)程2。然后父進(jìn)程開始sleep，sleep完了之后也結(jié)束了。

那么那個(gè)子進(jìn)程2怎么樣了呢？它從fork后開始執(zhí)行，此時(shí)loop等于1，它打印完它的ID和父進(jìn)程ID之后，就結(jié)束循環(huán)了，整個(gè)子進(jìn)程2就直接結(jié)束了！

這就是上面那段代碼的運(yùn)行流程，進(jìn)程間的關(guān)系如下圖所示：

上圖中那個(gè)loop=%d就是當(dāng)這個(gè)進(jìn)程開始執(zhí)行的時(shí)候loop的值。上面那段代碼的運(yùn)行結(jié)果如下圖：

這里這個(gè)3498進(jìn)程就是我們的主進(jìn)程，3499就是子進(jìn)程1，3500就是子進(jìn)程11，3501就是子進(jìn)程2。

最后，我們?cè)賮砘卮鹨幌挛覀冮_始的時(shí)候提出的那個(gè)問題，為什么在子進(jìn)程的處理部分“ if(pid == 0) ”最后加一個(gè)return 0，就會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)子進(jìn)程了，就是因?yàn)樽舆M(jìn)程1運(yùn)行到這里直接就結(jié)束了，不再進(jìn)行第二遍循環(huán)了，所以就不會(huì)再去創(chuàng)建那個(gè)子進(jìn)程11了，所以最后一共就是創(chuàng)建了兩個(gè)子進(jìn)程?。?/p>

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