fork函数

fork,分叉之意,这是因为其一次调用,两次返回所造成的.先看看一个小程序的执行结果.

 

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
	pid_t pid;
	char *message;
	int n;
	pid = fork();//fork调用
	if (pid < 0) {//调用出错
		perror("fork failed");
		exit(1);
	}
	if (pid == 0) {//子进程返回
		message = "This is the child\n";
		n = 6;
	} else {//pid>0,此时pid是子进程的pid,你进程返回
		message = "This is the parent\n";
		n = 3;
	}
	for(; n > 0; n--) {
		printf(message);
		sleep(1);//休眠1秒,cpu调度切换
	}
	return 0;
}

$ ./a.out 
This is the child
This is the parent
This is the child
This is the parent
This is the child
This is the parent
This is the child
$ This is the child
This is the child

 说明:

由于fork调用,由用户态代换到核心态,父进程产生一个子进程,进程拷贝父进程的相关状态与资源,并生成一个独有的pid标志.

此时父子进程都在核心态等态cpu调度返回,由于不同的cpu调度算法,哪个进程先返回是不一定的,把于输出也是不一样的.

这里是子进程返回,并先输出.但此时sleep(1),1秒对于cpu来说是一个很长的周期,这个时候cpu进行调度,回到使核心态的父进程返回并打印,就是这样周期切换调度创成这样的输出结果.

当最后的父进程结束时,父进程的父进程(shell进程),便输出,但这个时候子进程还没结束,所以子进程直接打印在了shell后.

下面这个图可以看一下这个"分叉"的过程.

 

1. 父进程初始化。

2. 父进程调用fork，这是一个系统调用，因此进入内核。

3. 内核根据父进程复制出一个子进程，父进程和子进程的PCB信息相同，用户态代码和数据也相同。因此，子进程现在的状态看起来和父进程一样，做完了初始化，刚调用了fork进入内核，还没有从内核返回。

4. 现在有两个一模一样的进程看起来都调用了fork进入内核等待从内核返回（实际上fork只调用了一次），此外系统中还有很多别的进程也等待从内核返回。是父进程先返回还是子进程先返回，还是这两个进程都等待，先去调度执行别的进程，这都不一定，取决于内核的调度算法。

5. 如果某个时刻父进程被调度执行了，从内核返回后就从fork函数返回，保存在变量pid中的返回值是子进程的id，是一个大于0的整数，因此执行下面的else分支，然后执行for循环，打印"This is the parent\n"三次之后终止。

6. 如果某个时刻子进程被调度执行了，从内核返回后就从fork函数返回，保存在变量pid中的返回值是0，因此执行下面的if (pid == 0)分支，然后执行for循环，打印"This is the child\n"六次之后终止。fork调用把父进程的数据复制一份给子进程，但此后二者互不影响，在这个例子中，fork调用之后父进程和子进程的变量message和n被赋予不同的值，互不影响。

7. 父进程每打印一条消息就睡眠1秒，这时内核调度别的进程执行，在1秒这么长的间隙里（对于计算机来说1秒很长了）子进程很有可能被调度到。同样地，子进程每打印一条消息就睡眠1秒，在这1秒期间父进程也很有可能被调度到。所以程序运行的结果基本上是父子进程交替打印，但这也不是一定的，取决于系统中其它进程的运行情况和内核的调度算法，如果系统中其它进程非常繁忙则有可能观察到不同的结果。另外，读者也可以把sleep(1);去掉看程序的运行结果如何。

8. 这个程序是在Shell下运行的，因此Shell进程是父进程的父进程。父进程运行时Shell进程处于等待状态，当父进程终止时Shell进程认为命令执行结束了，于是打印Shell提示符，而事实上子进程这时还没结束，所以子进程的消息打印到了Shell提示符后面。最后光标停在This is the child的下一行，这时用户仍然可以敲命令，即使命令不是紧跟在提示符后面，Shell也能正确读取。

 

    fork函数的特点概括起来就是“调用一次，返回两次”，在父进程中调用一次，在父进程和子进程中各返回一次。从上图可以看出，一开始是一个控制流程，调用fork之后发生了分叉，变成两个控制流程，这也就是“fork”（分叉）这个名字的由来了。子进程中fork的返回值是0，而父进程中fork的返回值则是子进程的id（从根本上说fork是从内核返回的，内核自有办法让父进程和子进程返回不同的值），这样当fork函数返回后，程序员可以根据返回值的不同让父进程和子进程执行不同的代码。

    fork的返回值这样规定是有道理的。fork在子进程中返回0，子进程仍可以调用getpid函数得到自己的进程id，也可以调用getppid函数得到父进程的id。在父进程中用getpid可以得到自己的进程id，然而要想得到子进程的id，只有将fork的返回值记录下来，别无它法。

fork的另一个特性是所有由父进程打开的描述符都被复制到子进程中。父、子进程中相同编号的文件描述符在内核中指向同一个file结构体，也就是说，file结构体的引用计数要增加。

 

   对于父进程pid我们可以用getppid()取得,而自身进程可以用getpid()取得,但子进程只能由返回取得,别无它法.

 

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(int argc,int *argv[])
{
	pid_t pid;
	char *msg;
	
	int n=0;
	printf("shell pid is %d\n",getppid());
	pid = fork();
	if(pid<0)
	{
		perror("fork failed");
		exit(0);
	}
	if(pid == 0)
	{
		printf("parent pid is %d\n",getppid());
		printf("childhem pid is %d\n",getpid());
		msg = "This is the child\n";
		n = 2;
	}else
	{
		msg = "This is the parent\n";
		printf("shell pid is %d\n",getppid());
		printf("parent pid is %d\n",getpid());
		printf("child pid is %d\n",pid);
		n = 1;
	}
	for(;n>0;n--)
	{
	//	printf(msg);
		//sleep(1);
	}
	return 0;
}

输出;

shell pid is 6279
shell pid is 6279
parent pid is 8669
child pid is 8670
parent pid is 8669
childhem pid is 8670