一、fork 入門(mén)知識(shí) 

一個(gè)進(jìn)程，包括代碼、數(shù)據(jù)和分配給進(jìn)程的資源。fork（）函數(shù)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)與原來(lái)進(jìn)程幾乎完全相同的進(jìn)程，也就是兩個(gè)進(jìn)程可以做完全相同的事，但如果初始參數(shù)或者傳入的變量不同，兩個(gè)進(jìn)程也可以做不同的事。 

一個(gè)進(jìn)程調(diào)用fork（）函數(shù)后，系統(tǒng)先給新的進(jìn)程分配資源，例如存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和代碼的空間。然后把原來(lái)的進(jìn)程的所有值都復(fù)制到新的新進(jìn)程中，只有少數(shù)值與原來(lái)的進(jìn)程的值不同。相當(dāng)于克隆了一個(gè)自己。 

我們來(lái)看一個(gè)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(shù)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(duì)某些人來(lái)說(shuō)中文看著更直白。 
 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(tǒng)計(jì)結(jié)果是: %d/n",count); 
 return 0; 
} 

運(yùn)行結(jié)果是： 

i am the child process, my process id is 5574
 我是爹的兒子
 統(tǒng)計(jì)結(jié)果是: 1
 i am the parent process, my process id is 5573
 我是孩子他爹
 統(tǒng)計(jì)結(jié)果是: 1 

在語(yǔ)句fpid=fork()之前，只有一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行這段代碼，但在這條語(yǔ)句之后，就變成兩個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行了，這兩個(gè)進(jìn)程的幾乎完全相同，將要執(zhí)行的下一條語(yǔ)句都是if(fpid<0)…… 

為什么兩個(gè)進(jìn)程的fpid不同呢，這與fork函數(shù)的特性有關(guān)。fork調(diào)用的一個(gè)奇妙之處就是它僅僅被調(diào)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(jìn)程中，fork返回新創(chuàng)建子進(jìn)程的進(jìn)程ID；
2）在子進(jìn)程中，fork返回0；
3）如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，fork返回一個(gè)負(fù)值； 

在fork函數(shù)執(zhí)行完畢后，如果創(chuàng)建新進(jìn)程成功，則出現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程，一個(gè)是子進(jìn)程，一個(gè)是父進(jìn)程。在子進(jìn)程中，fork函數(shù)返回0，在父進(jìn)程中，fork返回新創(chuàng)建子進(jìn)程的進(jìn)程ID。我們可以通過(guò)fork返回的值來(lái)判斷當(dāng)前進(jìn)程是子進(jìn)程還是父進(jìn)程。 

引用一位網(wǎng)友的話(huà)來(lái)解釋fpid的值為什么在父子進(jìn)程中不同。“其實(shí)就相當(dāng)于鏈表，進(jìn)程形成了鏈表，父進(jìn)程的fpid(p 意味point)指向子進(jìn)程的進(jìn)程id, 因?yàn)樽舆M(jìn)程沒(méi)有子進(jìn)程，所以其fpid為0. 

fork出錯(cuò)可能有兩種原因： 

1）當(dāng)前的進(jìn)程數(shù)已經(jīng)達(dá)到了系統(tǒng)規(guī)定的上限，這時(shí)errno的值被設(shè)置為EAGAIN。
2）系統(tǒng)內(nèi)存不足，這時(shí)errno的值被設(shè)置為ENOMEM。 

創(chuàng)建新進(jìn)程成功后，系統(tǒng)中出現(xiàn)兩個(gè)基本完全相同的進(jìn)程，這兩個(gè)進(jìn)程執(zhí)行沒(méi)有固定的先后順序，哪個(gè)進(jìn)程先執(zhí)行要看系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度策略 

每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)獨(dú)特（互不相同）的進(jìn)程標(biāo)識(shí)符（process ID），可以通過(guò)getpid（）函數(shù)獲得，還有一個(gè)記錄父進(jìn)程pid的變量，可以通過(guò)getppid（）函數(shù)獲得變量的值。 

fork執(zhí)行完畢后，出現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程，

有人說(shuō)兩個(gè)進(jìn)程的內(nèi)容完全一樣啊，怎么打印的結(jié)果不一樣啊，那是因?yàn)榕袛鄺l件的原因，上面列舉的只是進(jìn)程的代碼和指令，還有變量啊 

執(zhí)行完fork后，進(jìn)程1的變量為count=0，fpid！=0（父進(jìn)程）。進(jìn)程2的變量為count=0，fpid=0（子進(jìn)程），這兩個(gè)進(jìn)程的變量都是獨(dú)立的，存在不同的地址中，不是共用的，這點(diǎn)要注意?？梢哉f(shuō)，我們就是通過(guò)fpid來(lái)識(shí)別和操作父子進(jìn)程的。 

還有人可能疑惑為什么不是從#include處開(kāi)始復(fù)制代碼的，這是因?yàn)閒ork是把進(jìn)程當(dāng)前的情況拷貝一份，執(zhí)行fork時(shí)，進(jìn)程已經(jīng)執(zhí)行完了int count=0;fork只拷貝下一個(gè)要執(zhí)行的代碼到新的進(jìn)程。 

二、fork 進(jìn)階知識(shí) 

先看一份代碼：

 /* 
 * 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(dāng)前進(jìn)程的父進(jìn)程pid 
 //pid指當(dāng)前進(jìn)程的pid, 
 //fpid指fork返回給當(dāng)前進(jìn)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(yùn)行結(jié)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(lái)認(rèn)真分析一下： 

第一步：在父進(jìn)程中，指令執(zhí)行到for循環(huán)中，i=0，接著執(zhí)行fork，fork執(zhí)行完后，系統(tǒng)中出現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程，分別是p3224和p3225（后面我都用pxxxx表示進(jìn)程id為xxxx的進(jìn)程）?？梢钥吹礁高M(jìn)程p3224的父進(jìn)程是p2043，子進(jìn)程p3225的父進(jìn)程正好是p3224。我們用一個(gè)鏈表來(lái)表示這個(gè)關(guān)系： 

p2043->p3224->p3225 

第一次fork后，p3224（父進(jìn)程）的變量為i=0，fpid=3225（fork函數(shù)在父進(jìn)程中返向子進(jìn)程id），代碼內(nèi)容為：

 for(i=0;i<2;i++){ 
 pid_t fpid=fork();//執(zhí)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(jìn)程）的變量為i=0，fpid=0（fork函數(shù)在子進(jìn)程中返回0），代碼內(nèi)容為：

 for(i=0;i<2;i++){ 
 pid_t fpid=fork();//執(zhí)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(jié)果： 

0 parent 2043 3224 3225
0 child  3224 3225    0 

第二步：假設(shè)父進(jìn)程p3224先執(zhí)行，當(dāng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)時(shí)，i=1，接著執(zhí)行fork，系統(tǒng)中又新增一個(gè)進(jìn)程p3226，對(duì)于此時(shí)的父進(jìn)程，p2043->p3224（當(dāng)前進(jìn)程）->p3226（被創(chuàng)建的子進(jìn)程）。 

對(duì)于子進(jìn)程p3225，執(zhí)行完第一次循環(huán)后，i=1，接著執(zhí)行fork，系統(tǒng)中新增一個(gè)進(jìn)程p3227，對(duì)于此進(jìn)程，p3224->p3225（當(dāng)前進(jìn)程）->p3227（被創(chuàng)建的子進(jìn)程）。從輸出可以看到p3225原來(lái)是p3224的子進(jìn)程，現(xiàn)在變成p3227的父進(jìn)程。父子是相對(duì)的，這個(gè)大家應(yīng)該容易理解。只要當(dāng)前進(jìn)程執(zhí)行了fork，該進(jìn)程就變成了父進(jìn)程了，就打印出了parent。

所以打印出結(jié)果是： 

1 parent 2043 3224 3226
1 parent 3224 3225 3227 

第三步：第二步創(chuàng)建了兩個(gè)進(jìn)程p3226，p3227，這兩個(gè)進(jìn)程執(zhí)行完printf函數(shù)后就結(jié)束了，因?yàn)檫@兩個(gè)進(jìn)程無(wú)法進(jìn)入第三次循環(huán)，無(wú)法fork，該執(zhí)行return 0;了，其他進(jìn)程也是如此。 

以下是p3226，p3227打印出的結(jié)果： 

1 child     1 3227    0
1 child     1 3226    0 

細(xì)心的讀者可能注意到p3226，p3227的父進(jìn)程難道不該是p3224和p3225嗎，怎么會(huì)是1呢？這里得講到進(jìn)程的創(chuàng)建和死亡的過(guò)程，在p3224和p3225執(zhí)行完第二個(gè)循環(huán)后，main函數(shù)就該退出了，也即進(jìn)程該死亡了，因?yàn)樗呀?jīng)做完所有事情了。p3224和p3225死亡后，p3226，p3227就沒(méi)有父進(jìn)程了，這在操作系統(tǒng)是不被允許的，所以p3226，p3227的父進(jìn)程就被置為p1了，p1是永遠(yuǎn)不會(huì)死亡的，至于為什么，這里先不介紹，留到“三、fork高階知識(shí)”講。 

總結(jié)一下，這個(gè)程序執(zhí)行的流程如下：

這個(gè)程序最終產(chǎn)生了3個(gè)子進(jìn)程，執(zhí)行過(guò)6次printf（）函數(shù)。 

我們?cè)賮?lái)看一份代碼：

 /* 
 * fork_test.c 
 * version 3 
 * Created on: 2010-5-29 
 * Author: wangth 
 */ 
#include <unistd.h> 
#include <stdio.h> 
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(zhí)行結(jié)果是： 

father
 son
 father
 father
 father
 father
 son
 son
 father
 son
 son
 son
 father
 son 

這里就不做詳細(xì)解釋了，只做一個(gè)大概的分析。 

其中每一行分別代表一個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行打印結(jié)果。 

總結(jié)一下規(guī)律，對(duì)于這種N次循環(huán)的情況，執(zhí)行printf函數(shù)的次數(shù)為2*（1+2+4+……+2N-1）次，創(chuàng)建的子進(jìn)程數(shù)為1+2+4+……+2N-1個(gè)。(感謝gao_jiawei網(wǎng)友指出的錯(cuò)誤，原本我的結(jié)論是“執(zhí)行printf函數(shù)的次數(shù)為2*（1+2+4+……+2N）次，創(chuàng)建的子進(jìn)程數(shù)為1+2+4+……+2N ”，這是錯(cuò)的) 

網(wǎng)上有人說(shuō)N次循環(huán)產(chǎn)生2*（1+2+4+……+2N）個(gè)進(jìn)程，這個(gè)說(shuō)法是不對(duì)的，希望大家需要注意。 

同時(shí)，大家如果想測(cè)一下一個(gè)程序中到底創(chuàng)建了幾個(gè)子進(jìn)程，最好的方法就是調(diào)用printf函數(shù)打印該進(jìn)程的pid，也即調(diào)用printf(“%d/n”,getpid());或者通過(guò)printf(“+/n”);來(lái)判斷產(chǎn)生了幾個(gè)進(jìn)程。有人想通過(guò)調(diào)用printf(“+”);來(lái)統(tǒng)計(jì)創(chuàng)建了幾個(gè)進(jìn)程，這是不妥當(dāng)?shù)?。具體原因我來(lái)分析。 

老規(guī)矩，大家看一下下面的代碼：

 /* 
 * fork_test.c 
 * version 4 
 * Created on: 2010-5-29 
 * Author: wangth 
 */ 
#include <unistd.h> 
#include <stdio.h> 
int main() { 
 pid_t fpid;//fpid表示fork函數(shù)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(zhí)行結(jié)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(yǔ)句printf(“fork!/n”);注釋掉，執(zhí)行printf(“fork!”);
則新的程序的執(zhí)行結(jié)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(qū)別就在于一個(gè)/n回車(chē)符號(hào)，為什么結(jié)果會(huì)相差這么大呢？ 

這就跟printf的緩沖機(jī)制有關(guān)了，printf某些內(nèi)容時(shí)，操作系統(tǒng)僅僅是把該內(nèi)容放到了stdout的緩沖隊(duì)列里了,并沒(méi)有實(shí)際的寫(xiě)到屏幕上。但是,只要看到有/n 則會(huì)立即刷新stdout,因此就馬上能夠打印了。 

運(yùn)行了printf(“fork!”)后,“fork!”僅僅被放到了緩沖里,程序運(yùn)行到fork時(shí)緩沖里面的“fork!”  被子進(jìn)程復(fù)制過(guò)去了。因此在子進(jìn)程度stdout緩沖里面就也有了fork! 。所以,你最終看到的會(huì)是fork!  被printf了2次?。。。?nbsp;

而運(yùn)行printf(“fork! /n”)后,“fork!”被立即打印到了屏幕上,之后fork到的子進(jìn)程里的stdout緩沖里不會(huì)有fork! 內(nèi)容。因此你看到的結(jié)果會(huì)是fork! 被printf了1次！?。?！ 

所以說(shuō)printf(“+”);不能正確地反應(yīng)進(jìn)程的數(shù)量。 

大家看了這么多可能有點(diǎn)疲倦吧，不過(guò)我還得貼最后一份代碼來(lái)進(jìn)一步分析fork函數(shù)。

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
 fork(); 
 fork() && fork() || fork(); 
 fork(); 
 return 0; 
} 

問(wèn)題是不算main這個(gè)進(jìn)程自身，程序到底創(chuàng)建了多少個(gè)進(jìn)程。
 為了解答這個(gè)問(wèn)題，我們先做一下弊，先用程序驗(yàn)證一下，到此有多少個(gè)進(jìn)程。

 #include <stdio.h> 
int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
 fork(); 
 fork() && fork() || fork(); 
 fork(); 
 printf("+/n"); 
} 

答案是總共20個(gè)進(jìn)程，除去main進(jìn)程，還有19個(gè)進(jìn)程。 

我們?cè)賮?lái)仔細(xì)分析一下，為什么是還有19個(gè)進(jìn)程。
 第一個(gè)fork和最后一個(gè)fork肯定是會(huì)執(zhí)行的。
 主要在中間3個(gè)fork上，可以畫(huà)一個(gè)圖進(jìn)行描述。
 這里就需要注意&&和||運(yùn)算符。
 A&&B，如果A=0，就沒(méi)有必要繼續(xù)執(zhí)行&&B了；A非0，就需要繼續(xù)執(zhí)行&&B。
 A||B，如果A非0，就沒(méi)有必要繼續(xù)執(zhí)行||B了，A=0，就需要繼續(xù)執(zhí)行||B。 

fork()對(duì)于父進(jìn)程和子進(jìn)程的返回值是不同的，按照上面的A&&B和A||B的分支進(jìn)行畫(huà)圖，可以得出5個(gè)分支。

加上前面的fork和最后的fork，總共4*5=20個(gè)進(jìn)程，除去main主進(jìn)程，就是19個(gè)進(jìn)程了。 

三、fork高階知識(shí) 

這一塊我主要就fork函數(shù)講一下操作系統(tǒng)進(jìn)程的創(chuàng)建、死亡和調(diào)度等。因?yàn)闀r(shí)間和精力限制，我先寫(xiě)到這里，下次找個(gè)時(shí)間我爭(zhēng)取把剩下的內(nèi)容補(bǔ)齊。

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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