Linux进程Fork详解
一. fork函数详解
一个进程,包括代码、数据和分配给进程的资源。fork()函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程,也就是两个进程可以做完全相同的事,但如果初始参数或者传入的变量不同,两个进程也可以做不同的事。
一个进程调用fork()函数后,系统先给新的进程分配资源,例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中,只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。
我们来看一个例子:
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() {
pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值
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());
count++;
} else {
printf("i am the parent process, my process id is %d\n", getpid());
count++;
}
printf("统计结果是: %d\n", count);
return 0;
}
运行结果是:
在语句fpid=fork()之前,只有一个进程在执行这段代码,但在这条语句之后,就变成两个进程在执行了,这两个进程的几乎完全相同,将要执行的下一条语句都是if(fpid<0)……
为什么两个进程的fpid不同呢,这与fork函数的特性有关。fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次,却能够返回两次,它可能有三种不同的返回值:
- 在父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID;
- 在子进程中,fork返回0;
- 如果出现错误,fork返回一个负值;
在fork函数执行完毕后,如果创建新进程成功,则出现两个进程,一个是子进程,一个是父进程。在子进程中,fork函数返回0,在父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID。我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。
fork出错可能有两种原因:
- 当前的进程数已经达到了系统规定的上限,这时errno的值被设置为EAGAIN。
- 系统内存不足,这时errno的值被设置为ENOMEM。
创建新进程成功后,系统中出现两个基本完全相同的进程,这两个进程执行没有固定的先后顺序,哪个进程先执行要看系统的进程调度策略。
每个进程都有一个独特(互不相同)的进程标识符(process ID),可以通过getpid()函数获得,还有一个记录父进程pid的变量,可以通过getppid()函数获得变量的值。
fork执行完毕后,出现两个进程:
有人说两个进程的内容完全一样啊,怎么打印的结果不一样啊,那是因为判断条件的原因,上面列举的只是进程的代码和指令,还有变量啊。
执行完fork后,进程1的变量为count=0,fpid!=0(父进程)。进程2的变量为count=0,fpid=0(子进程),这两个进程的变量都是独立的,存在不同的地址中,不是共用的,这点要注意。可以说,我们就是通过fpid来识别和操作父子进程的。
还有人可能疑惑为什么不是从#include处开始复制代码的,这是因为fork是把进程当前的情况拷贝一份,执行fork时,进程已经执行完了int count=0;fork只拷贝下一个要执行的代码到新的进程。
需要注意的是,在fork之后两个进程用的是相同的物理空间(内存区),子进程的代码段、数据段、堆栈都是指向父进程的物理空间,也就是说,两者的虚拟空间不同,其对应的物理空间是一个。这是出于效率的考虑,在Linux中被称为“写时复制”(COW)技术,只有当父子进程中有更改相应段的行为发生时,再为子进程相应的段分配物理空间。另外fork之后内核会将子进程排在队列的前面,以让子进程先执行,以免父进程执行导致写时复制,而后子进程执行exec系统调用,因无意义的复制而造成效率的下降。
二. 代码分析
先看一份代码:
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() {
pid_t cld_pid;
int a = 1, b = 2;
for (int i = 0; i < 2; i++) {
if ((cld_pid = fork()) == 0) {
a += 1;
printf("a=%d b=%d\n", a, b);
} else {
b += 1;
printf("a=%d b=%d\n", a, b);
}
}
return 0;
}
代码结果:
执行流程:
图中实线箭头代表进程内变量的变化过程,虚线箭头代表进程之间的fork操作,产生子进程。
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