一、fork 入門知識

一個進程，包括代碼、數(shù)據(jù)和分配給進程的資源。fork（）函數(shù)通過系統(tǒng)調用創(chuàng)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(shù)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(shù)后，系統(tǒng)先給新的進程分配資源，例如存儲數(shù)據(jù)和代碼的空間。然后把原來的進程的所有值都復制到新的新進程中，只有少數(shù)值與原來的進程的值不同。相當于克隆了一個自己。 

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(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");//對某些人來說中文看著更直白。  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(tǒng)計結果是: 1
 i am the parent process, my process id is 5573
 我是孩子他爹
 統(tǒng)計結果是: 1

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

為什么兩個進程的fpid不同呢，這與fork函數(shù)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(chuàng)建子進程的進程ID；
2）在子進程中，fork返回0；
3）如果出現(xiàn)錯誤，fork返回一個負值； 

在fork函數(shù)執(zhí)行完畢后，如果創(chuàng)建新進程成功，則出現(xiàn)兩個進程，一個是子進程，一個是父進程。在子進程中，fork函數(shù)返回0，在父進程中，fork返回新創(chuàng)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(wǎng)友的話來解釋fpid的值為什么在父子進程中不同。“其實就相當于鏈表，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, 因為子進程沒有子進程，所以其fpid為0. 

fork出錯可能有兩種原因：

1）當前的進程數(shù)已經(jīng)達到了系統(tǒng)規(guī)定的上限，這時errno的值被設置為EAGAIN。
2）系統(tǒng)內存不足，這時errno的值被設置為ENOMEM。 

創(chuàng)建新進程成功后，系統(tǒng)中出現(xiàn)兩個基本完全相同的進程，這兩個進程執(zhí)行沒有固定的先后順序，哪個進程先執(zhí)行要看系統(tǒng)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(shù)獲得，還有一個記錄父進程pid的變量，可以通過getppid（）函數(shù)獲得變量的值。 

fork執(zhí)行完畢后，出現(xiàn)兩個進程，

有人說兩個進程的內容完全一樣啊，怎么打印的結果不一樣啊，那是因為判斷條件的原因，上面列舉的只是進程的代碼和指令，還有變量啊 

執(zhí)行完fork后，進程1的變量為count=0，fpid！=0（父進程）。進程2的變量為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。 

還有人可能疑惑為什么不是從#include處開始復制代碼的，這是因為fork是把進程當前的情況拷貝一份，執(zhí)行fork時，進程已經(jīng)執(zhí)行完了int count=0;fork只拷貝下一個要執(zhí)行的代碼到新的進程。 

二、fork 進階知識

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(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)兩個進程，分別是p3224和p3225（后面我都用pxxxx表示進程id為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系： 

p2043->p3224->p3225 

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

 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（子進程）的變量為i=0，fpid=0（fork函數(shù)在子進程中返回0），代碼內容為：

 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; 

所以打印出結果： 

0 parent 2043 3224 3225
0 child  3224 3225    0

第二步：假設父進程p3224先執(zhí)行，當進入下一個循環(huán)時，i=1，接著執(zhí)行fork，系統(tǒng)中又新增一個進程p3226，對于此時的父進程，p2043->p3224（當前進程）->p3226（被創(chuàng)建的子進程）。 

對于子進程p3225，執(zhí)行完第一次循環(huán)后，i=1，接著執(zhí)行fork，系統(tǒng)中新增一個進程p3227，對于此進程，p3224->p3225（當前進程）->p3227（被創(chuàng)建的子進程）。從輸出可以看到p3225原來是p3224的子進程，現(xiàn)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(zhí)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(chuàng)建了兩個進程p3226，p3227，這兩個進程執(zhí)行完printf函數(shù)后就結束了，因為這兩個進程無法進入第三次循環(huán)，無法fork，該執(zhí)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，怎么會是1呢？這里得講到進程的創(chuàng)建和死亡的過程，在p3224和p3225執(zhí)行完第二個循環(huán)后，main函數(shù)就該退出了，也即進程該死亡了，因為它已經(jīng)做完所有事情了。p3224和p3225死亡后，p3226，p3227就沒有父進程了，這在操作系統(tǒng)是不被允許的，所以p3226，p3227的父進程就被置為p1了，p1是永遠不會死亡的，至于為什么，這里先不介紹，留到“三、fork高階知識”講。 

總結一下，這個程序執(zhí)行的流程如下：

這個程序最終產(chǎn)生了3個子進程，執(zhí)行過6次printf（）函數(shù)。 

我們再來看一份代碼：

 /*  * 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)行結果是： 

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

這里就不做詳細解釋了，只做一個大概的分析。 

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(guī)律，對于這種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)建的子進程數(shù)為1+2+4+……+2N-1個。(感謝gao_jiawei網(wǎng)友指出的錯誤，原本我的結論是“執(zhí)行printf函數(shù)的次數(shù)為2*（1+2+4+……+2N）次，創(chuàng)建的子進程數(shù)為1+2+4+……+2N ”，這是錯的) 

網(wǎng)上有人說N次循環(huán)產(chǎn)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(chuàng)建了幾個子進程，最好的方法就是調用printf函數(shù)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(chǎn)生了幾個進程。有人想通過調用printf(“+”);來統(tǒng)計創(chuàng)建了幾個進程，這是不妥當?shù)摹＞唧w原因我來分析。 

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”);注釋掉，執(zhí)行printf(“fork!”);
則新的程序的執(zhí)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(qū)別就在于一個/n回車符號，為什么結果會相差這么大呢？ 

這就跟printf的緩沖機制有關了，printf某些內容時，操作系統(tǒng)僅僅是把該內容放到了stdout的緩沖隊列里了,并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!”)后,“fork!”僅僅被放到了緩沖里,程序運行到fork時緩沖里面的“fork!”  被子進程復制過去了。因此在子進程度stdout緩沖里面就也有了fork! 。所以,你最終看到的會是fork!  被printf了2次！！！！ 

而運行printf(“fork! /n”)后,“fork!”被立即打印到了屏幕上,之后fork到的子進程里的stdout緩沖里不會有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(shù)量。 

大家看了這么多可能有點疲倦吧，不過我還得貼最后一份代碼來進一步分析fork函數(shù)。

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

問題是不算main這個進程自身，程序到底創(chuàng)建了多少個進程。
 為了解答這個問題，我們先做一下弊，先用程序驗證一下，到此有多少個進程。

 #include <stdio.h> 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，為什么是還有19個進程。
 第一個fork和最后一個fork肯定是會執(zhí)行的。
 主要在中間3個fork上，可以畫一個圖進行描述。
 這里就需要注意&&和||運算符。
 A&&B，如果A=0，就沒有必要繼續(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()對于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和最后的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(shù)講一下操作系統(tǒng)進程的創(chuàng)建、死亡和調度等。因為時間和精力限制，我先寫到這里，下次找個時間我爭取把剩下的內容補齊。

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持VEVB武林網(wǎng)。